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ATX电源的工作原理及六路输出电压的作用

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发表于 2015-6-3 09:14:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
一、      ATX电源的工作原理
PC电源的基本作用就是把交流电网的电能转换为适合各个配件使用的低压直流电供给整机使用。ATX类电源总共有六路输出,分别是+5V、-5V、+12V、-12V、+3.3V及+5Vsb。PC电源采用开关变换的技术,就是把交流电首先整流为300V左右的高压直流电,然后通过半导体开关变成连续的脉冲,再经变压器隔离降压及输出滤波后变为低压的直流电。输出电压的稳定则是依赖对脉冲宽度的改变来实现,这就叫做脉宽调制PWM。由高压直流到低压多路直流的这一过程也可称DC-DC变换,是开关电源的核心技术。采用开关变换的显著优点是大大提高了电能的转换效率,典型的PC电源效率为70~75%,而相应的线性稳压电源的效率仅有50%左右

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二、      ATX电源各路输出电压的作用及规格简述
33V 最早在ATX结构中提出,现在基本上所有的新款电源都设有这一路输出。而在AT/PS电源上没有这一路输出。以前电源供应的最低电压为+5V,提供给主板、CPU、内存、各种板卡等。从第二代奔腾芯片开始,由于CPU的运算速度越来越快,Intel公司为了降低能耗,把CPU的电压降到了3.3V以下。为了减少主板产生热量和节省能源,现在的电源直接提供3.3V电压,经主板的电压转换电路变换后用于驱动CPU、内存等电路。+5V 目前用于驱动除磁盘、光盘驱动器马达以外的大部分电路。包括磁盘、光盘驱动器的控制电路。+12V 用于驱动磁盘驱动器马达、散热风扇,或通过主板的总线槽来驱动其他板卡。在最新的P4系统中,由于P4处理器对能源的需求很大,电源专门增加了一个4PIN的插头,提供+12V电压给主板,经主板变换后提供给CPU和其他电路。所以P4结构的电源+12V输出较大,P4结构电源也称为ATX12V。-12V 主要用于某些串口电路,其放大电路需要用到+12V-12V,通常输出小于1A。-5V 在较早的PC中用于软驱控制器及某些ISA总线板卡电路,通常输出电流小于1A。在许多新系统中已经不再使用-5V电压,现在的某些形式电源一般不再提供-5V输出。+5V Stand—By 最早在ATX提出,在系统关闭后,保留一个+5V的等待电压,用于电源及系统的唤醒服务。以前的PSIIAT电源都是采用机械式开关来开机关机,从ATX开始(包括SFX)不再使用机械式开关来开机关机,而是通过键盘或按钮给主板一个开机关机信号,由主板通知电源关闭或打开。 由于+5V Stand-by是一个单独的电源电路,只要有输入电压,+5VSB就存在,这样就使电脑能实现远程Modem唤醒或网络唤醒功能。最早的ATX1.0版只要求+5VSB达到0.1A,随着CPU及主板的功能提高,+5VSB 0.1A已不能满足系统的要求,所以Intel公司在ATX2.01版提出+5VSB不低于0.72A。随着互联网应用的不断深入,一些系统要求+5VSB提供2A3A,甚至更大的电流输出,以保障系统功能的实现,因此对电源提出了更高的设计要求。 为了保证输出电压的稳定,ATX电源内部设计了一套补偿电路,能够根据输出电压下跌的幅度自动进行补偿来抵消输出电压的下降,不过绝大多数的ATX电源并没有为每一路输出电压提供单独的稳压电路,而是同时补偿,这样就容易出现一个特殊的现象,比如+3.3V+5V+12V中的+5V因为负载太大而导致输出电压开始下降,电源会同时增加这三路的输出电压,并不会单独对+5V进行控制,其结果必然导致+3.3V+12V的输出电压过渡补偿而超过额定的电压,当电源设计欠佳或输出功率不足时这种特有的现象就更加明显! 实际使用中输出电压下降与上升的现象往往会同时出现,其中负载大的一路其输出电压往往小于额定值而其他输出电压则会高于额定值,如果电源无法满足电脑硬件的需要这种电压的变化就会更加明显。一、 电源输出电压的合理波动范围电源输出的正电压,合理的波动范围在-5%~+5%之内,而负电压的合理波动范围在-10%~+10%+5V4.75~5.25V+3.3V3.14~3.46V+12V11.4~12.6V-5V-4.5~-5.5V-12V-10.8~-13.2V二、 电源输出波动的重要性电源输出电压的稳定性,是电源的一个重要指标,但绝不是判断一款电源优劣的唯一指标。电源性能指标非常繁多,电压的稳定性只是其中一项。只要电源输出在合理的范围内,对电脑配件都不会造成负面影响,这时电压的波动范围在1%5%的意义是一样的,过分地关注波动的大小是不必要的。但波动的相对大小,侧面反映了电源的负载能力,波动率相对越小的电源,其实际的最大输出功率可能越大,毕竟,输出电压超出规定范围时的输出功率是没有益处的。相对来说,电压偏高比电压偏低更具有危险性,电压偏低至多引起电脑工作的不正常,而电压偏高则可能烧毁硬件。三、 不同的负载,其波动状况不一样很显然,电源输出电压的波动大小,与电源的负载是息息相关的。1 INTEL系统INTEL P4处理器功耗较高,有的要达到60W左右,如果从+5V取电,则+5V需要提供高达12A的电流,对电源+5V输出的要求较高,而从电源的+12V取电,只需要6A的电流,因此INTEL在主板上增加了P4专用的供电接口规范,改由+12VCPU供电。使用INTEL P4CPU,由于+12V端的负载较重,会导致+12V的下跌,电源此时会自动对+12V进行补偿,但同时会导致+5V的升高。2 AMD系统AMDCPU普遍从+5V取电,使得电源+5V负载较重而出现下跌,电源的补偿电路自动对+5V进行补偿,结果会导致+12V的升高。3 设备功耗的影响除了CPU,其它设备的功耗也会影响输出电压的波动。例如,硬盘和光驱使用的是+5V+12V供电,其中+5V为电路部分供电,+12V为马达供电,不同的硬盘或光驱对+5V+12V供应的电流大小的要求不一样,有的需要+5V提供较大点的电流,而有的则需要+12V提供较大点的电流,这都会对电源的输出电压波动有影响。还有一些显卡,功耗也特别惊人,对+5V或者+3.3V的要求也很高,这也会影响输出。4 相同的配置,波动也会不同有实验显示,一台电脑,仅仅更换一块完全相同型号的主板,更换前后电源输出电压也会有不同。5 电源在使用过程中的电压波动电脑在使用过程中,所消耗的功率不是固定在一个定值,也是不断波动的,电脑消耗功率的波动,同样也会引起电源输出电压的波动。玩大型的3D游戏,显卡消耗的功率要远高于做文字处理时所消耗的;看影碟时光驱消耗的功率较高。因此,电源输出电压波动的大小,与电脑的配置的具体配置以及使用等都有极大的关系,抛开电源的周边环境谈电源输出电压的波动是没有多大意义的。四、 主板BIOS和软件检测的准确性主板BIOS和一些软件检测出来的电压未必是准确的,但可以作为参考。从网友提供的截图看,BIOS或软件检测存在着一些缺陷。譬如,很多软件对+3.3V检测的结果实际上反映的是内存的外部电压,而相当一部分软件对电源输出的负电压根本不能检测,显示的数值偏差过大。BIOS或软件检测的正电压如+5V等,和实际电压也存在偏差,偏差值通常随负载的增大而增大,偏差率有时能达到1个百分点。有实验表明,BIOS或软件检测的电压与实际电压至少会产生0.02V的偏差。五、 电源波动是可调的吗?答案是肯定的。厂家在生产电源时,只要波动在合理的范围,都视为合格产品,而很少会精益求精把波动控制在更小范围,因为从厂家的角度看,范围内的波动,1%5%的意义是一样的。电源的波动幅度,与电源的原材料是相关的。譬如,电源PCB板上的电位器,就可以调整输出电压,当输出电压偏低时,可以手动调高输出。做工比较足的电源通常都会有电位器,而劣质电源上是看不到的。一般来说,做工较足的电源更容易实现输出电压的更稳定,但这并不意味做工越足,输出电压越稳定。六、环境对波动的影响电网电压的变化,对输出电压有影响,这就涉及到电源的另一个性能指标:电压调整率。电源适应电压从最低点(通常是180V)过渡到最高点(通常是264V)时,输出电压的变化不能太大,一般要求控制在2%以内。温度也会影响波动。环境温度较高时,电子元件会生产温漂,影响输出电压的稳定性。

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