moniqiuwen

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电脑电源参数概念及内部电路原理

2021-2-20 15:33:18 显示全部楼层
【一】电源那些事
1.铭牌
买来电源第一眼肯定是要看铭牌的。什么是铭牌?就是电源上哪个写着各种参数的贴纸。
上面最重要的参数就是输入电压和额定输出功率。
一般来说全电压(能同时支持国外的110V和国内的220V)的肯定是要比220V only的好。
12V额定输出决定了你到底能带什么配置。单路和多路12V稍后会提到。
多机械硬盘的还得注意5V。不过这个与电源方案也有一定关系,稍后会说明。
总的来说,买来一个电源首先看12V就对了,只要12V额定输出大于你CPU+显卡的最大功率就说明这个电源能带动你的电脑。不过这也只能说明能带动,其他一些指标也是很重要的。
铭牌上还有一点要注意,就是最大输出功率和额定输出功率。额定输出功率(或者叫实续负载,意为实际持续负载)指的是在这个功率以内完全能够正常工作没问题。最大输出功率指的是这一路短时间能达到的最大功率。如果你的电源写的是额定输出或者实续负载又是个大牌,那在这个数值内是没有问题的。如果是写的最大输出或者MAX的话那应该留出更多的富裕。
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2.电源稳定性
一般说电源稳定不稳定,最主要还是看电压稳不稳定。沉默酱自己测试的时候主要是看12V 5V 3.3V这三路电压。个人觉得纹波到在其次。当然也很重要就对了。
12V越接近12.000V越好。
5V越接近5.000V越好。
3.3V越接近3.300V越好。
电压过低,硬件不能正常工作。电压过高,就BOOM了
3.纹波
纹波形成的原因说起来比较复杂。简单说就是交流电经整流稳压等等环节转换为直流电的时候,不可避免地在直流电中多少带有一些交流电成份,这种叠加在直流电上的交流成份就称之为纹波。
纹波大的话会增加硬件的滤波压力,比如,爆电容,硬盘损伤,严重的甚至会导致板卡损毁。
4.动态性能
动态性能指的是电源在负载大起大落时候的瞬间的电压变动。这个包括电压的变化和电压的波形。在负载高低变化的一瞬间,电压越稳定越好,波形越接近一条直线越好。因为这个测试目前还没有一个固定的标准。而且一般也遇不到这种情况,所以一般只是作为一个对比参考。
5.保持时间
保持时间指的是突然断电后,各路电压正常输出的时间,这个时间主要是由主电容容量决定的。其主要目的是为了给一些硬件作出应急处理的时间,比如机械硬盘磁头归位,固态的掉电保护等等。一般来说主电容容量最好大于每瓦0.5微法。
6.转换效率和额定功率
很多人经常把这两个概念混淆,转换效率和额定功率其实没一毛钱直接关系。
转换效率指的是电源本身对电能的利用率。比如我在使用一个转换效率为百分之八十的电源。电脑内部配件消耗是80W,这时候用功耗仪去检测电源输入端功耗应该是100W。有百分之二十的电量在转换过程中被电源自身损耗掉了。
而额定功率指的是电源本身能供给电脑硬件多少电。电源铭牌上标注的额定功率就是电源的实际输出能力。各路功率额定多少瓦就能实际输出多少瓦。但是不能超出电源额定总功率。换句话说,电源额定500W,转换效率百分之八十,假如500W全部供给电脑配件。这时候你检测输入电量应该是600W。
说道转换效率就不得不提80PLUS。沉默酱在两年前的版本中偷了个懒也因为当时这部分内容无关紧要所以直接复制了一段过来“80 PLUS 计划是由美国能源署出台, Ecos Consulting 负责执行的一项全国性节能现金奖励方案。”balabala什么的。这段是有错误的。他只是一家公司推出的一个认证,以营利为目的的收费测试。
然而就在沉默酱当年发那篇文章的时间,80PLUS增加了一项230V EU的认证。在此之前能通过80PLUS的至少能说明他是110V-220V全电压的电源,而不是220 ONLY,有了这个230 EU认证之后国内的那堆渣渣机电厂商的产品也都可以挂上各种忽悠小白的牌子了。
230V EU和全电压的电源差别不小,全电压的电源一次侧原件功率更大,在220V环境下运行的表现也相对更好。对电源制造商的门槛要求更高。当然也不是说220V ONLY就一定不好,还是要看需求决定。如果所在地区电压是比较稳定,并无太大的起伏,还是没什么问题的。
全电压标准如下:
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7.单路和多路12V
多路12V的电源过流保护的限流值一般都是20A以内,这是由于某些国家的安规标准中对暴露在人可接触的电线上的功率有规定。
多路12V电源的12V的分路只要监测芯片检测到电流超过设定值,就会触发过流保护,电源自动关闭。 而单路12V只要不超载就没事。
当然这不是说单路就一定比多路要强。只不过单路对于一般人来说遇到的问题会相对少一些。多路电源只要是掌握那一路供电是分配到那一路12V,然后合理分配负载。那么分多路也就是照顾安规罢了。
至于具体怎么分配,不同的厂商不同的方案有不同的方法。通常来说有四路供电可分配到多路12V上,CPU,PCI-E显卡,硬盘,主板24P。以最常见的双路电源为例,一般情况下CPU和PCI-E显卡供电不会在一路。而硬盘和主板24P则会根据不同的方案分配到不同的分路上。如果找不到相关资料,那余量留大点就OK。
8.交叉负载
12V,5V,3.3V都应该稳定在12V、5V、3.3V左右。交叉负载不好的电源,会出现在5V负载高12V的电压升高或5V电压降低等等情况。
一般来说双磁放大和DC-DC的电源交叉负载都不错。不过因为成本问题双磁放大的不是很多。大多是直接去做了DC-DC。单磁放大的高瓦数电源在这方面比较弱。最著名的例子应该就是前些年被吹的很厉害的汉叔RA450,直接0分出局。
9. 电气性能下降的问题:
众所周知像电解电容这种元器件使用一段时间之后内部的一部分电解液会干掉。这样会导致电容容量减少。从而影响电源的整体性能和带负载能力。还有就是现在的中低端电源如果真的按照标注瓦数去使用,时间久一点遇到问题的概率会变得很大。所以在买电源的时候一定要留出一定的余量。沉默酱的习惯是,低端电源留出百分之二十以上余量。中高端留出百分之十五余量。
【二】电源内部结构简介
PFC和EMI因为是假电源重灾区,所以沉默酱单独摘出来说一遍。
EMI电路:
EMI是Electromagnetic Interference英文缩写,是指电磁波与电子元件作用后而产生的干扰现象。市电进入电源之后,第一个经过的就是EMI电路。它作用就是滤除市电中的高频杂波,去除干扰。然后把相对纯净的交流电送到整流桥,经过整流桥到达PFC电路。
在单独电路板上的EMI
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焊接在电源口上的EMI
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PCB上的二级EMI
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没有EMI电路的后果是很严重的。220V交流电直接送到整流桥去整成直流电。对电源本身和电脑主板等都是极大的损伤=A=。没有EMI的电源绝大多数都是小品牌的山寨电源或者假电源。同时,没有EMI的电源一般使用的被动PFC也是假的,仅仅是一条导线。
PFC电路:
PFC的英文全称为“Power Factor Correction”意思是“功率因数校正”。功率因数指的是电源对电网供给的电能的利用效率。功率因数越高代表其对电网电能的利用率越高。功率因数的高低跟咱们自家电费无关,只是提升电网供电的利用率。PFC目前有主动式PFC,被动式PFC和交错试PFC。
被动式PFC:
低端电源常用,特点是PFC电感独立固定在电源壳上。
下图是一个真的PFC电感。一般进出的两条线颜色不同。内部是铜丝。有的还有一个电容包裹在里面。
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下图是假PFC电感。就是胶布包着铁块。假PFC电感一般是一根线从胶带里绕一圈就出来,所以通常线的两段颜色是一致的。像图中这种连连接线都没有。
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高端电源常用的交错试PFC。通常挨着大电容。
跟一般主动式PFC唯一不同的是,一般的主动式PFC是一个电感。交错试的是两个相同相邻的电感而已。
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3.结构简介
先简单说下工作流程:
220V市电进入电源后先到达高压一侧的EMI电路先滤波,然后经过整流桥整流后到达PFC电路再次滤波,在到达变压器通过变压器输出12V 5V 3.3V各路低压。低压一侧经过滤波等处理后供给主板使用。
就这么个简单的玩意。
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这里对电源结构只做一个简单介绍。方案不一样的话,同样结构的电源元器件布局会有很大的不同。如果不确定是什么结构可以搜索一下相关评测。
被动式PFC+半桥拓补+单磁放大(绝大多数额定三百五十瓦以内的电源都采用这种结构)特点是一大两小三个变压器,两个小变压器挨着。输出一端有一大一小两个电感。
这种结构的电源在低端小瓦数很常见。很电套多机基本上用的也是这种结构的电源。优势是成本较低,只要不缩水太厉害品质也有保证。缺点是结构转换效率不高,容易制作导致假电源太多。下面来对比一下真假电源。
这是一个真长城电源 额定270W。
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不知名的某山寨电源。 没有EMI。电源口直接飞线到PCB上。PFC也是假的。(前面的无线PFC就是这款电源的。)
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主动式PFC+双管正激+单磁放大(现在的低端主流。比如:台达NX350,450,航嘉jumper450B,jumper500。游戏悍将红星R500M)特点是一大一小两个变压器。输出端有12V、5V,3.3V两个电感。变压器旁边有一个小的磁放大电感。
注:单管正激的电源在市面上现在并不多见所以不多说,常见的一般都是双管正激。单管双管的识别方式是看开关管数量。
现在电源大多数都是这种结构,小到三百瓦,大到七八百瓦的都有,优势是技术成熟,对用料要求相对LLC要低,成本容易控制。缺点是转换效率不高,单磁放大高负载较为吃力,建议只考虑额定450W以内的单磁电源。
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主动式PFC+双管正激+双磁放大(常见但不多见。比如;老版本航嘉jumper600 550,老版的安钛克VP550P)特点是一大一小两个变压器。输出端有12V,5V,3.3V三个电感。变压器旁边有两个小的磁放大电感。不过因为成本和实际性能表现的关系大多数都没有使用双磁放大而是直接去做了DC-DC。
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主动式PFC+双管正激+DC-DC(常见但并不多见,比如:台达NX550 NX650)DC-DC的特点是在输出端有两个小电路板,上面有电感。
因为转换效率不太容易上去不讨小白用户喜欢的关系,这种结构被使用的不是很多。它拥有上面两个的全部优点,缺点也就剩下一个转换效率了。
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那两个有线圈的小电路板就是传说中的DC-DC模块。
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主动式PFC+谐振拓补+DC-DC(LLC半桥谐振(比如振华的冰山金蝶),全桥谐振(比如海韵X650)等)特点是大多一个大变压器两侧有两个小变压器,大的是主变压器,小的分别是待机变压器和谐振电路驱动变压器。LLC据说是振华的专利。缺点是对用料要求高,后期缩水的情况很普遍。优点是转换效率高。
看吧里有一些低端LLC吹看着挺烦人的。LLC谐振天生缺点是动态差,静态纹波大。所以要用质量较好的日系电容来弥补这方面缺陷。不知为何这在那些LLC吹嘴里就变成了“高方案,用料棒”了。如果不堆电容的话这电源在评测的时候就没法看了,所以不得不堆。LLC最大的优势就是转换效率高,轻松上牌子,然后就可以卖高价。现在竞争的多了其实也还好,价格也不是太离谱。问题就在于后期很多都会把日系换成台系,或者日系台系混用。某大陆厂商甚至直接用国产电容。
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前面说过了,设计方案不一样的话,同样结构的电源元器件不会在同一个位置。所以有一些会有偏差。比如像全汉金甲战神900那种两个主变压器的。如果一眼看不出是什么结构的话。还是百度一下评测比较好。判断错误会有时候会对正确选择造成影响。
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主动式或交错试PFC+全桥拓补(高端货。比如安钛克HCP1200)沉默酱对这个结构的印象是有很大的主电容。主变压器个头也要大一些。
交错试PFC+全桥+2DC
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其他的还有像全汉自家的主动式PFC+有源钳位正激+单磁放大(全汉的AU,AS,RA系列)也是一个转换效率比较高的结构。对用料有一定要求,但是全汉就是敢缩而且返修还出奇的低。

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