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1、计算机硬件基础,电源篇,主要内容,7.1 概述 7.2 电源的主要功能 7.3 电源的外形规格与规范 7.4 电源连接器 7.5 电源开关连接器 7.6 线性电源与开关电源 7.7 电源的相关参数 7.8 电源认证 7.9 电源保护系统 7.10 电源管理简介,7.1 概述,电源是PC机的最重要部件之一，但却是最容易被忽略 电源为系统的每个部件提供电能 电源是计算机系统中容易出现故障的部件 不正常的电源不仅会引起其他部件的不正常，还会因为产生的不适当或不稳定的电压而损害计算机中其他部件,7.2 电源的主要功能,将电网的交流电能转换为计算机电路可用类型的电能 正直流电压 有些特定电压需要有稳压器
2、、稳压模块（VRM）进行转换,负直流电压 电源不仅能产生+3.3V、+5V和+12V的正电压，还能产生-5V和-12V的负电压 主板的逻辑电路通常不使用-12V电压，有些串口或LAN电路有时用到 -12V输出的负载非常小 -5V电压存在的惟一原因在于全面向下兼容ISA（工业标准结构）总线,7.3 电源的外形规格与规范,BTX架构的系统适用ATX、SFX、CFX和LFX规格的电源 CFX和LFX规格的电源目前还很难见到具体的产品,主要的三种电源外形规格,7.3.1 AT电源,从286至586时代，AT电源是PC的标准配置 AT电源功率比ATX电源要小 AT电源的主电源连接器与ATX电源不同 开机
3、需要通过前端面板开关 属于淘汰了的电源类型,7.3.2 ATX电源,目前最为流行电源规格，最早于1995年由Intel公司推出，目前的最新规范版本是ATX12V 2.3版 ATX电源对主电源连接器进行了重大的改进 通过PS-ON信号开关电源（也就是系统） 通过Power_Good信号的存在表明电源处于正常的工作水平 提供+5VSB，实现休眠唤醒、远程开机和键盘开机等功能,7.3.2 ATX电源,7.3.3 SFX电源,Intel于1997年12月推出了更小的 SFX 电源 可提供稍小的持续电能和4档电压，一般不提供-5V电压 FX规范的最新版本是SFX12V 3.0版,7.4.1 AT主板电源
4、连接器,AT电源具有2个主板电源连接器（P8和P9），每个都有6个针脚将电源系统与主板连在一起 保证在安装时使两个电源线缆的黑色电线（地线）靠在一起 AT主板电源连接器通常有一个卡环来防止它们与主板插针连接时接反，所以最重要的是使它们按正确的次序连接，而不遗漏任何一个插针，否则将造成电源通电时，主板和插在上面的所有部件受到灾难性的损害,7.4.2 ATX主电源连接器,在ATX12V 2.0版本之前是20针样式连接器 首先用于ATX外形规格的电源系统中，后来也用于SFX外形规格或其他基于ATX的变种中 线缆的颜色是由ATX标准建议的,7.4.2 ATX主电源连接器,24针与20针主电源连接器相比
5、，其中20针的定义是完全一样的，增加的4针分别是+12V、+5V、+3.3V和地线 为了让采用20针和24针主电源连接器的电源间能够互相兼容，目前一般采用两种方法： 使用20针转24针或24针转20针的转接头进行互相转换以适应不同的主板 将24针主电源连接器的最后4针做成可拆卸的活动插头,7.4.3 ATX辅助电源连接器,ATX+5V/+3.3V辅助连接器 系统在+3.3V和+5V的电压上负载越来越重，线缆的电流很大，越来越多的连接器开始发生软化 如果主板需要超过18A的+3.3V电压，或者超过24A的+5V电压，就要使用一个辅助连接器来承担额外的负载 这些电源通常用于250W到300W以上的
6、系统中 是一个6针Molex型连接器，与AT电源中的主板电源连接器类似,7.4.3 ATX辅助电源连接器,ATX12V连接器 专门用于向主板提供另外的+12V电源 常用在Pentium 4主板上 可拆卸式24针主电源连接器中的4针活动插头和ATX12V连接器虽然外形很像，但不能通用,7.4.4 外设电源连接器,D型大4针和软驱小4针的电源连接器 这两种连接器上的引脚编号和电压值是相反的 连接器是键控式的，不容易插错 一些软驱小4针连接器只有2根线+5V和一个地信号 早期的电源系统只有2个大4针电源连接器，后来的电源系统则有4个以上。软驱小4针电源连接器一般有1个或2个 有的主板会为了兼容旧版本
7、的电源，会使用D型大4针电源连接器替代ATX12V连接器,7.4.4 外设电源连接器,SATA电源连接器 ATX12V 1.3版本新增加了SATA电源连接器 每个电源连接器有5根线缆和15个针脚，提供+3.3V、+5V和+12V等多种电压 可以使用转接线将大4针电源连接器转为SATA电源连接器 部分SATA设备自带大4针电源连接器的接口 直接使用或使用转接线转接大4针电源连接器都不能提供+3.3V的电压,7.4.4 外设电源连接器,联想特有连接器,液晶显示器供电接口,小3针电源连接器,7.5 电源开关连接器,PC机上主要有三种电源开关 完整的交流电源开关 前端面板交流电源开关 前端面板主板受控
8、开关 前端面板交流电源开关的接线必须正确，否则将会造成短路而烧断电源插座的保险丝 蓝色和棕色线连在一组导线接头上，白色和黑色线接在另一组导线接头上 棕色和蓝色线是从电网到电源的火线和零线。当电源插头插上后，这两根线总是带电的 黑色和白色线是从开关回到电源的交流反馈线。只有在打开开关后，它们才带电 绿线或带黄色条纹的绿线是地线 前端面板主板受控开关通过主电源连接器上的 PS-ON信号来触发电源的开关状态,7.6 线性电源与开关电源,PC机电源通常是开关电源而不是线性电源 线性电源要用一个很大的内部变压器产生不同的电压输出。线性电源的这种基于变压器的设计至少在三个方面是低效的 变压器的输出和输入呈
9、线性关系（因此称线性），所以交流电源的任何波动都会引起电源输出的问题 PC系统所需的大电流（功率）要求变压器线径很大 电网交流电的50Hz工频在电源中难以被滤除，要求使用大而贵的电容器和整流器滤波 开关电源用开关电路把电网交流电斩波为频率很高的交流电 可以使用小得多、轻得多的高频变压器 高频也可以被更容易、更廉价地从电源输出中滤除，使得输入可以在更宽的范围内变化 开关电源和线性电源相比体积小、重量轻、效率高 开关型电源的一个特性是不加负载不能工作,7.7 电源的相关参数,功率 电源的功率主要有四种 额定功率：指环境温度为-5度到50度，电压范围180V264V时，电源长时间稳定输出的功率 最大
10、功率：指环境温度为常温（25度左右），电压范围200V264V时，电源稳定工作时能够输出的最大功率。这个值一般比额定功率高15左右 峰值功率：指电源短时间内能达到的最大功率，通常仅能维持30秒左右的时间。一般情况下电源峰值功率可以超过最大输出功率50%左右 输入功率：电源的实际耗电量,通常用“额定功率”表示输出功率水平 各路输出不可能同时达到标称的最大负载电流 在配置电源时，应该注意让电源功率有一定的冗余,7.7 电源的相关参数,转换效率 输出功率除以输入功率的百分比 ATX12V 1.3版要求满载下最小转换效率为70%，ATX12V 2.0版将推荐转换效率提高到了80% 功率因数 表示对电能
11、的利用效率 PFC（Power Factor Correction）即“功率因数校正” 通过CCC认证的电源都必须增加PFC电路 PFC有两种，无源PFC（被动式PFC）、有源PFC（主动式PFC） 主动式PFC可使电源功率因数达到98%以上，不过成本比较高 被动式PFC的电源功率因数只能达到70-80，并且发热量比较大 功率因数产生的损耗是电力部门负担，转换效率的损耗是用户自己负担,7.7 电源的相关参数,平均故障间隔时间（MTBF）或平均无故障工作时间（MTTF） 预期在电源发生故障之前，电源平均能工作的时间，以小时计 采用一套公认的标准，由电源中各个元件的失效率计算MTBF参数 输入范围
12、（或工作范围） 电源能够接受的输入交流电压变化范围 多数电源被设计成全球通用的，可以在110V和220V之间自动切换 有一些电源需要设定一个开关来指定现在所使用的电压,7.7 电源的相关参数,峰值浪涌电流 电源在开机后的瞬间从电网汲取的最大电流，以特定电压下的安培数表示 该值越低，系统所受的热冲击越小 保持时间 输入电压下降后电源电压能维持在指定的电压范围的时间（以毫秒计） 它可以使PC系统在交流电短暂中断的情况下继续运行 目前主流电源的此项参数通常是15-30毫秒，一般越高越好 ATX12V规范要求保持时间至少需17毫秒 瞬态响应 输出电流阶跃变化后，电源输出电压恢复到标称水平所需的时间（以
13、毫秒计） 有时用某个输出变化的概念来表示，比如“电源输入变化在20之内，输出保持稳定“,7.7 电源的相关参数,过压保护 对每一路输出，电源关闭或者截止输出的断路点 可以用百分数表示，如对+3.3V和+5V输出过压保护折点为120 可以直接用数值表示，如对+3.3V输出过压保护折点为+4.6V，对+5V输出过压保护折点是+7.0V 最大负载电流 每一路输出所能安全地提供的最大的电流值（以A为单位） 最小负载电流 每一路输出必须从中汲取的最小电流值 负载系数（或称电压负载系数） 是指某一路输出电压当从最小负载变到最大负载时的变化值（反之亦然） 其值以正负百分数表示，典型值是：对 +3.3V、+5
14、V和+12V输出为1到5,7.7 电源的相关参数,线性调整 电网交流输入电压从最小值变到最大值时输出电压的变化值 电源应能在电网电压在规定范围内变化时保持输出变化低于1 串扰 或称串扰和噪声、交流串扰、周期性和随机性偏差 以每路输出电压的峰-峰电压的毫伏值计 该参数越小越好；高质量的系统串扰一般为1（或更低），如果用电压来表示，则是输出电压的1 这种影响可能来自于内部开关瞬态过程，或者由受控的频率引入，或者是其他随机噪声,7.8 电源认证,在美国最著名的代理机构是Underwriter Laboratories,Inc.（UL）。在加拿大，电子和电器产品由加拿大标准组织（CSA）进行认证。在德
15、国是TV Rheinland和VDE。在挪威有VEMKO 在中国的电源认证是中国电工强制认证（CCC），全称是中国国家强制性产品认证，简称3C认证。这是国家对低压电器、小功率电动机等涉及健康安全、公共安全的电器产品所要求的认证标准，它包括原来的产品安全认证（CCEE）、进口安全质量许可制度（CCIB）和电磁兼容认证（EMC）。三者分别从用电的安全、稳定、电磁兼容及电波干扰方面做出了全面的规定标准,7.9 电源保护系统,最简单的保护形式就是使系统远离那些恶劣的使用环境 高品质的电源实际上也能提供很大程度的保护，在过电流、过电压、欠电压、过载、过温度、短路、雷击的情况下能迅速地关断电源 所有电源保
16、护功能都要求将计算机的交流电源电缆接地 三种现有的主要电源保护系统 电涌保护器 稳压器 不间断电源（UPS）,7.9 电源保护系统,不间断电源（UPS）可分为在线式、后备式和在线互动式三种 在线式UPS：在线式UPS在工作时，首先将市电转换为直流电给UPS电池充电，同时逆变器将此直流电逆变为交流电为系统供电，由于市电经过了交流到直流、再到交流的转换过程，所以市电中原有的干扰和脉冲已经过滤得非常干净，电压很稳定。由于逆变电路始终在工作，所以当停电发生时，UPS能达到切换时间为零 后备式UPS：后备式UPS在市电正常时，由市电直接供电或经过UPS稳压后给系统供电，同时部分电量则通过变压后为UPS里的电池充电。当UPS监测到停电时，会自动启动逆变器给系统供电，因此会出现10至15毫秒的切换时间，但是不会影响系统的正常使用 在线互动式UPS：在线互动式UPS的工作原理与后备式UPS类似。其不同之处在于它给电池充电用的变压器与逆变变压器是同一个变压器，这样，当它处于逆变切换时，由于逆变变压器正在工作，UPS能较快的切入逆变状态，市电供应
