開關電源的基礎知識

2021-03-03 23:02:25 字數 5021 閱讀 3256

一、電源的重要性

隨著高科技的電腦及相關產品逐漸進入平常百姓家,人們對電腦及相關產品的認識不斷深入。對於電腦來講,最重要的硬體主要有兩個:乙個是cpu,其作用相當於人的大腦,是電腦的核心;二是電源,其作用相當於人的心臟。

如果沒有高品質的電源,再好的cpu及其它電腦部件都無法充分穩定的發揮作用,甚至可能對電腦主機造成傷害。

然而在diy市場,長期以來人們強調的是cpu、主機板、顯示卡等硬體,對電源不太重視,忽略了開關電源的質量對電腦的可靠性、穩定性以及對使用者健康的影響。其實,國際知名品牌電腦廠商對電源非常重視,如ibm等世界名牌電腦的電源採購價高達每台18-25美元,正是源於他們對電源品質的高標準要求。根據統計,電腦故障的40%~60%是由於電源引起,而一台電源只佔電腦整機價值的2%--3%,電源選用不當,不但可能燒毀cpu、主機板、硬碟,還可能給使用者健康和生命財產安全造成損失,因而有必要重新認識電源的重要性。

二、電源的工作原理

市電進入電源,首先要經過扼流圈和電容,濾除高頻雜波和同相干擾訊號。然後再經過電感線圈和電容,進一步濾除高頻雜波。接下來再經過由4個二極體組成的全橋電路整流,和大容量的濾波電容濾波後,電流才由高壓交流電轉換為高壓直流電。

經過了交直轉換後,電流就進入了整個電源最核心的部分--開關電路。開關電路主要由兩個開關管組成,通過它們的輪流導通和截止,便將直流電轉換為高頻率的脈動直流電。接下來,再送到高頻開關變壓器上進行降壓。

經過高頻開關變壓器降壓後的脈動電壓,同樣要使用二極體和濾波電容進行整流和濾波,此外還會有1、2個電感線圈與濾波電容一起濾除高頻交流成分。

經過上面一系列工序後,輸出的的電流,才算真正完成電腦所需要的較為純淨的低壓直流電。

三、有關效能引數說明

1、 pg ( power good ) 訊號

從電源開通那一瞬間起,到電源輸出穩定電壓需要一定的時間,+5v的爬公升時間通常為2ms~20ms。當電源開通後,電源首先會自行檢查輸出電壓是否正常,如果正常,即向cpu發出乙個power good 訊號,意即「我準備好了,您可以開始工作了」。為了保證相互間的銜接,cpu廠商推出cpu時,就pg訊號作出了規定,要求電源發出pg訊號的時間是在開機後的100~500ms時間內,如果cpu在這個範圍內得不到pg訊號,就意味著開機失敗。

2、 pf( power fail) 訊號

pf訊號是指當電源的交流輸入電壓切斷,電源首先給cpu乙個持續時間約1ms的power fail訊號,通知cpu電源將馬上關閉。pf時間不夠容易造成相關設定資料丟失。

3、 保持時間(hold up time )

指在輸入電壓切斷後,電源能繼續保持輸出的時間,一般為20ms左右,通常不小於16ms,這段時間很重要,一方面使cpu在得到pf訊號後有足夠時間儲存系統設定,使系統下次能正常開機,另一方面使ups有足夠的時間啟動,並開始工作。

4、 紋波(ripple ) 和雜訊 (noise)

電源的功能是將交流電轉換為直流電,但事實上,輸出的直流電並不是一條純淨的直線,而是依附著一些週期性和隨機性的交流訊號,我們稱之為紋波和雜訊,它們的數量一般都很小,用毫伏表示。紋波和雜訊對電腦電源來說是非常重要的指標,紋波和雜訊過大可能讓cpu產生誤判,嚴重者可能燒壞電腦。

5、 負載調整率(load regulation)

電源負載的變化會引起電源輸出的變化,負載增加,輸出降低,相反負載減少,輸出公升高。好的電源負載變化引起的輸出變化減到最低,通常指標為3%~5%。

6、 線路調整率(line regulation)

指輸入電壓在最高和最低之間變化(180v~264v)時,輸出電壓的波動範圍,一般為1%~2%。

7、 電源輸出(output)

+3.3v:(橙色線)最早在atx結構中提出,現在基本上所有的**電源都設有這一路輸出。

而在at/psii電源上沒有這一路輸出。以前電源**的最低電壓為+5v,提供給主機板、cpu、記憶體、各種板卡等,從第二代奔騰晶元開始,由於cpu的運算速度越來越快,intel公司為了降低能耗,把cpu的電壓降到了3.3v以下,為了減少主機板產生熱量和節省能源,現在的電源直接提供3.

3v電壓,經主機板變換後用於驅動cpu、記憶體等電路。

+5v:(紅色線)目前用於驅動除磁碟、光碟驅動器馬達以外的大部分電路,包括磁碟、光碟驅動器的控制電路。

+12v:(黃色線)用於驅動磁碟驅動器馬達、冷卻風扇,或通過主機板的匯流排槽來驅動其它板卡。在最新的p4系統中,由於p4處理器能能源的需求很大,電源專門增加了乙個4pin的插頭,提供+12v電壓給主機板,經主機板變換後提供給cpu和其它電路。

所以p4結構的電源+12v輸出較大,p4結構電源也稱為atx12v。

-12v:(黑色線)主要用於某些串列埠電路,其放大電路需要用到+12v和-12v,通常輸出小於1a.。

-5v:(白色線)在較早的pc中用於軟碟機控制器及某些isa匯流排板卡電路,通常輸出電流小於1a.。在許多新系統中已經不再使用-5v電壓,現在的某些形式電源如sfx, flex atx 一般不再提供-5v輸出。

考慮到系統的相容性,航嘉sfx系列電源,lw-2145, lw-2146, lw-2156 仍然提供-5v輸出。

+5v stand—by:(紫色線)最早在atx提出,在系統關閉後,保留乙個+5v的等待電壓,用於電源及系統的喚醒服務。以前的psii、at電源都是採用機械式開關來開機關機,從atx開始(包括sfx)不再使用機械式開關來開機關機,而是通過鍵盤或按鈕給主機板乙個開機關機訊號,由主機板通知電源關閉或開啟。

由於+5v stand-by是乙個單獨的電源電路,只要有輸入電壓,+5vsb就存在,這樣就使電腦能實現遠端modem喚醒或網路喚醒功能。最早的atx1.0版只要求+5vsb達到0.

1a,隨著cpu及主機板的功能提高,+5vsb 0.1a已不能滿足系統的要求,所以intel公司在atx2.01版提出+5vsb不低於0.

72a。隨著網際網路應用的不斷深入,一些系統要求+5vsb提供2a、3a,甚至更大的電流輸出,以保障系統功能的實現,因此對電源提出了更高的設計要求,馳源公司已開發出+5vsb達到6a的電源。

ps-on:(綠色線)負責作業系統管理電源的開關,是一中主機訊號,和5vsb一起統稱為軟電源:小於1v時開啟電源,大於4.

5v時關閉電源,實現軟體開關機,網路遠端喚醒功能(設定喚醒時間,通過鍵盤開機和gnd接電線短接就可以開啟電源)。

pg訊號:(灰色線)powergood,+5v訊號(+3v——+6v)系統啟動前,電源開啟後0.1——0.

5s發出訊號進行內部檢測,測試通過則發出乙個訊號到主機板,故電源開啟受控於電源監控部件。

四、開關電源安全標準的主要內容

安全標準是以保障使用者的生命財產安全為出發點,對電子電器產品在原材料的絕緣、阻燃等方面作出了嚴格的規定。符合安全規格的產品,不僅要求產品本身符合安全標準,也要求生產廠商有完善的安全生產、質量保證體系。我國的國家標準是gb4943-1005《資訊科技裝置(包括電氣裝置)的安全》。

安全認證主要包括爬電距離、抗電強度、漏電流和溫度四方面的要求。

1、爬電距離

指沿絕緣表面測得的兩個導電零件之間或導電零件與裝置介面之間的最短距離,強調爬電距離是為了防止器件間或器件與地之間打火威脅人身安全。

2、抗電強度

指在交流輸入線之間或交流輸入與機殼之間將零電壓增加到1500v交流或2200v直流時,不擊穿或拉電弧。

3、漏電流

通過隔離變壓器在電源的火線或零線與易觸及的金屬之間串接電流錶,開關電源的漏電流在260v交流輸入下不應超過3.5ma。

4、溫度

安全標準對電子電器的求很嚴,並要求材料有阻燃性,開關電源的內部溫公升不應超過65℃,比如環境溫度是25℃,電源元器件的溫度應小於90℃。

5、安規產品與非安規產品的區別

1)經安規認證的產品在元件、材料的絕緣、阻燃等方面進行了嚴格的規定,但產品是符合安規的並不代表效能的好壞。

2)由於安全認證的申請時間較長,還有嚴格的限制和要求,象我國的ccee認證,不僅送檢產品本身要符合ccee標準,同時要求工廠要相對完善(類似iso9000審核)的品質保證體系,以保證大批量生產時,每乙個產品都市符合ccee的要求;不僅如此,還要接受ccee機構定期和不定期的質量監督及檢查。基於這原因,在申請安全認證時,廠家都會考慮產品本身的完善性和實用性。因為安全認證申請後,不得隨意作任何變更、替代或修改,所以相對的講,安規產品的起點會較非安規產品高出許多。

非安規電源,在積塵、潮濕、高溫、雷電、震動等情況下、容易出現短路現象,一旦出現短路,非安規電源極易引**災,嚴重影響使用者的生命財產安全,所以,世界各國對安規標準執行得非常嚴格。

五、低價電源是如何降低成本的

開關電源是電腦產業中技術比較成熟和穩定的產品,但製造容易做好難,市面上不少電源以極低的**銷售,擾亂了市場,影響了品牌電源的銷售。一些低價電源降低成本的方式:

1、大電解電容、半導體器件使用舊料

重要器件使用舊料或拆板料,主要有大電容、肖特基二級管、三極體、ic等。大電解電容是影響開關電源使用壽命的關健器件。影響大電容使用壽命的主要是高溫和電網中的浪湧電壓,國家標準對電解電容的使用壽命有嚴格規定。

使用舊料雖然可以大大降低成本,但製造者不可能知道舊的器件還有多少壽命,很可能在電源出廠後不久,器件的壽命就到了,輕則電源停機,重則器件爆裂,危害極大。

2、**材、插頭、外殼降低要求

有的電源輸出線線徑大小不一致,截面積不足,電源工作負載稍大,電源輸出線會發燙變軟,存在嚴重的安全隱患。線材的材質不好也會產生線損,影響電腦的正常使用;輸入輸出插頭插座公差正偏差大,cd-room、軟碟機、硬碟接插電源困難,不小心還會損傷上述部件,再如公差負偏差大,則又可能使上述裝置供電不良,工作不正常。外殼有劃傷,切邊沒有進行防鏽處理,容易產生鏽斑,鏽粉的脫落會造成內部短路。

3、不按安規標準選料

有些廠商使用符合安全規格的材料製造樣品,獲得安規證書後,在大批量的製造時,擅自替換材料,甚至使用非安規材料代替安規材料,欺騙消費者,造成安全隱患。由於安規材料與非安規材料**差一倍到數倍,有些廠商就部分材料採用安規,部分材料採用非安規,對外卻稱是符合安規,其實哪怕是電源裡有一滴固定膠或一塊塑料片是非安規的,整個電源都是不符合安規標準的。

4、emi不符合b級標準

省掉或簡化emi電路,電磁傳導干擾達不到gb9254-98b級要求。

5、減少檢測步驟,降低測試標準

通過減少老化時間,甚至不做老化測試來降低成本。

6、虛標功率,矇騙消費者

1) 虛標+3.3v、+5v、+12v的輸出電流。

2) 直接虛標電源功率,200w的電源虛標為250w甚至300w等。

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