計(jì)算機(jī)電源-new課件

計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)－－－電源篇主要內(nèi)容7.1

概述7.2電源的主要功能7.3電源的外形規(guī)格與規(guī)范7.4電源連接器7.5電源開關(guān)連接器7.6線性電源與開關(guān)電源7.7電源的相關(guān)參數(shù)7.8電源認(rèn)證7.9電源保護(hù)系統(tǒng)7.10電源管理簡介7.1概述電源是PC機(jī)的最重要部件之一，但卻是最容易被忽略電源為系統(tǒng)的每個(gè)部件提供電能電源是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中容易出現(xiàn)故障的部件不正常的電源不僅會(huì)引起其他部件的不正常，還會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生的不適當(dāng)或不穩(wěn)定的電壓而損害計(jì)算機(jī)中其他部件7.2電源的主要功能將電網(wǎng)的交流電能轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)電路可用類型的電能

正直流電壓有些特定電壓需要有穩(wěn)壓器、穩(wěn)壓模塊（VRM）進(jìn)行轉(zhuǎn)換電壓設(shè)備+3.3V芯片組、SDRAMDIMM、PCI/AGP卡、多功能芯片+5V磁盤驅(qū)動(dòng)器邏輯板、SIMM、PCI／AGP卡、ISA卡、穩(wěn)壓器、多功能芯片+12V馬達(dá)、穩(wěn)壓器（高輸出）負(fù)直流電壓電源不僅能產(chǎn)生+3.3V、+5V和+12V的正電壓，還能產(chǎn)生-5V和-12V的負(fù)電壓主板的邏輯電路通常不使用-12V電壓，有些串口或LAN電路有時(shí)用到-12V輸出的負(fù)載非常小-5V電壓存在的惟一原因在于全面向下兼容ISA（工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)）總線7.3電源的外形規(guī)格與規(guī)范電源外形規(guī)格連接器類型相關(guān)主板外形規(guī)格ATATBaby-AT、Mini-AT、ATATXATXATX、NLX、Micro-ATXSFXATXFlex-ATX、Micro-ATXBTX架構(gòu)的系統(tǒng)適用ATX、SFX、CFX和LFX規(guī)格的電源CFX和LFX規(guī)格的電源目前還很難見到具體的產(chǎn)品主要的三種電源外形規(guī)格7.3.1AT電源從286至586時(shí)代，AT電源是PC的標(biāo)準(zhǔn)配置AT電源功率比ATX電源要小AT電源的主電源連接器與ATX電源不同開機(jī)需要通過前端面板開關(guān)屬于淘汰了的電源類型7.3.2ATX電源目前最為流行電源規(guī)格，最早于1995年由Intel公司推出，目前的最新規(guī)范版本是ATX12V2.3版ATX電源對(duì)主電源連接器進(jìn)行了重大的改進(jìn)通過PS-ON信號(hào)開關(guān)電源（也就是系統(tǒng)）通過Power_Good信號(hào)的存在表明電源處于正常的工作水平提供+5VSB，實(shí)現(xiàn)休眠喚醒、遠(yuǎn)程開機(jī)和鍵盤開機(jī)等功能7.3.2ATX電源規(guī)范版本主要變動(dòng)ATX1.01早期版本，采用吹風(fēng)方式散熱ATX2.0采用排風(fēng)散熱ATX2.01+5VSB輸出電流從100mA改為720mAATX2.02增加了一個(gè)ATX+5V/+3.3V輔助連接器；將-5V和-12V的輸出電壓偏差進(jìn)行了調(diào)整ATX2.03實(shí)質(zhì)上并沒有多大的區(qū)別。主要是將ATX2.02中的MicroATX改為Mini-ATX；建議在電源頂端增加新的通風(fēng)窗口以增強(qiáng)對(duì)CPU的散熱ATX12V1.1加強(qiáng)了+12V的電流輸出能力；對(duì)+12V的電流輸出、涌浪電流峰值、濾波電容的容量、保護(hù)等做出了新的規(guī)定；增加了ATX12V連接器；加強(qiáng)了+5VSB的電流輸出能力。ATX12V1.2沒有大變化，只是提高了電流的輸出能力ATX12V1.3取消了-5V電壓；新增了SATA電源接口ATX12V2.0由單路+12V輸出改為雙路+12V輸出；主電源連接器由20針增加到24針；取消了ATX+5V/+3.3V輔助連接器ATX12V2.2將最大輸出標(biāo)準(zhǔn)提升至450W；加強(qiáng)了+3.3V與+5V的輸出能力，削弱了+12V的持續(xù)供電能力，增強(qiáng)+12V的峰值電流，以適應(yīng)雙核處理器在啟動(dòng)時(shí)，大峰值電流的要求；對(duì)電源的轉(zhuǎn)換效率提出了更高要求ATX12V2.3最主要的變化是將+12V1輸出能力提升而+12V2輸出能力下降，同時(shí)還首次規(guī)定了采用單路+12V的180W、220W、270W三個(gè)功率級(jí)。為了貼近能源之星4.0版本規(guī)范，INTEL在ATX12V2.3規(guī)范里推薦一款電源不論何種狀態(tài)下都可以達(dá)到80%或以上的轉(zhuǎn)換效率，而且功率因數(shù)則需要大等于0.97.3.3SFX電源Intel于1997年12月推出了更小的SFX電源可提供稍小的持續(xù)電能和4檔電壓，一般不提供-5V電壓FX規(guī)范的最新版本是SFX12V3.0版7.4.1AT主板電源連接器AT電源具有2個(gè)主板電源連接器（P8和P9），每個(gè)都有6個(gè)針腳將電源系統(tǒng)與主板連在一起保證在安裝時(shí)使兩個(gè)電源線纜的黑色電線（地線）靠在一起AT主板電源連接器通常有一個(gè)卡環(huán)來防止它們與主板插針連接時(shí)接反，所以最重要的是使它們按正確的次序連接，而不遺漏任何一個(gè)插針，否則將造成電源通電時(shí)，主板和插在上面的所有部件受到災(zāi)難性的損害7.4.2ATX主電源連接器在ATX12V2.0版本之前是20針樣式連接器首先用于ATX外形規(guī)格的電源系統(tǒng)中，后來也用于SFX外形規(guī)格或其他基于ATX的變種中線纜的顏色是由ATX標(biāo)準(zhǔn)建議的7.4.2ATX主電源連接器24針與20針主電源連接器相比，其中20針的定義是完全一樣的，增加的4針分別是+12V、+5V、+3.3V和地線為了讓采用20針和24針主電源連接器的電源間能夠互相兼容，目前一般采用兩種方法：使用20針轉(zhuǎn)24針或24針轉(zhuǎn)20針的轉(zhuǎn)接頭進(jìn)行互相轉(zhuǎn)換以適應(yīng)不同的主板將24針主電源連接器的最后4針做成可拆卸的活動(dòng)插頭7.4.3ATX輔助電源連接器ATX+5V/+3.3V輔助連接器系統(tǒng)在+3.3V和+5V的電壓上負(fù)載越來越重，線纜的電流很大，越來越多的連接器開始發(fā)生軟化如果主板需要超過18A的+3.3V電壓，或者超過24A的+5V電壓，就要使用一個(gè)輔助連接器來承擔(dān)額外的負(fù)載這些電源通常用于250W到300W以上的系統(tǒng)中是一個(gè)6針Molex型連接器，與AT電源中的主板電源連接器類似7.4.3ATX輔助電源連接器ATX12V連接器專門用于向主板提供另外的+12V電源常用在Pentium4主板上可拆卸式24針主電源連接器中的4針活動(dòng)插頭和ATX12V連接器雖然外形很像，但不能通用7.4.4外設(shè)電源連接器D型大4針和軟驅(qū)小4針的電源連接器這兩種連接器上的引腳編號(hào)和電壓值是相反的連接器是鍵控式的，不容易插錯(cuò)一些軟驅(qū)小4針連接器只有2根線——+5V和一個(gè)地信號(hào)早期的電源系統(tǒng)只有2個(gè)大4針電源連接器，后來的電源系統(tǒng)則有4個(gè)以上。軟驅(qū)小4針電源連接器一般有1個(gè)或2個(gè)有的主板會(huì)為了兼容舊版本的電源，會(huì)使用D型大4針電源連接器替代ATX12V連接器7.4.4外設(shè)電源連接器SATA電源連接器ATX12V1.3版本新增加了SATA電源連接器每個(gè)電源連接器有5根線纜和15個(gè)針腳，提供+3.3V、+5V和+12V等多種電壓可以使用轉(zhuǎn)接線將大4針電源連接器轉(zhuǎn)為SATA電源連接器部分SATA設(shè)備自帶大4針電源連接器的接口直接使用或使用轉(zhuǎn)接線轉(zhuǎn)接大4針電源連接器都不能提供+3.3V的電壓7.4.4外設(shè)電源連接器聯(lián)想特有連接器液晶顯示器供電接口

小3針電源連接器

7.5電源開關(guān)連接器PC機(jī)上主要有三種電源開關(guān)完整的交流電源開關(guān)前端面板交流電源開關(guān)前端面板主板受控開關(guān)前端面板交流電源開關(guān)的接線必須正確，否則將會(huì)造成短路而燒斷電源插座的保險(xiǎn)絲藍(lán)色和棕色線連在一組導(dǎo)線接頭上，白色和黑色線接在另一組導(dǎo)線接頭上棕色和藍(lán)色線是從電網(wǎng)到電源的火線和零線。當(dāng)電源插頭插上后，這兩根線總是帶電的黑色和白色線是從開關(guān)回到電源的交流反饋線。只有在打開開關(guān)后，它們才帶電綠線或帶黃色條紋的綠線是地線前端面板主板受控開關(guān)通過主電源連接器上的PS-ON信號(hào)來觸發(fā)電源的開關(guān)狀態(tài)7.6線性電源與開關(guān)電源PC機(jī)電源通常是開關(guān)電源而不是線性電源線性電源要用一個(gè)很大的內(nèi)部變壓器產(chǎn)生不同的電壓輸出。線性電源的這種基于變壓器的設(shè)計(jì)至少在三個(gè)方面是低效的變壓器的輸出和輸入呈線性關(guān)系（因此稱線性），所以交流電源的任何波動(dòng)都會(huì)引起電源輸出的問題PC系統(tǒng)所需的大電流（功率）要求變壓器線徑很大電網(wǎng)交流電的50Hz工頻在電源中難以被濾除，要求使用大而貴的電容器和整流器濾波開關(guān)電源用開關(guān)電路把電網(wǎng)交流電斬波為頻率很高的交流電可以使用小得多、輕得多的高頻變壓器高頻也可以被更容易、更廉價(jià)地從電源輸出中濾除，使得輸入可以在更寬的范圍內(nèi)變化開關(guān)電源和線性電源相比體積小、重量輕、效率高開關(guān)型電源的一個(gè)特性是不加負(fù)載不能工作7.7電源的相關(guān)參數(shù)功率電源的功率主要有四種

額定功率：指環(huán)境溫度為-5度到50度，電壓范圍180V~264V時(shí)，電源長時(shí)間穩(wěn)定輸出的功率最大功率：指環(huán)境溫度為常溫（25度左右），電壓范圍200V~264V時(shí)，電源穩(wěn)定工作時(shí)能夠輸出的最大功率。這個(gè)值一般比額定功率高15％左右峰值功率：指電源短時(shí)間內(nèi)能達(dá)到的最大功率，通常僅能維持30秒左右的時(shí)間。一般情況下電源峰值功率可以超過最大輸出功率50%左右輸入功率：電源的實(shí)際耗電量通常用“額定功率”表示輸出功率水平各路輸出不可能同時(shí)達(dá)到標(biāo)稱的最大負(fù)載電流在配置電源時(shí)，應(yīng)該注意讓電源功率有一定的冗余7.7電源的相關(guān)參數(shù)

轉(zhuǎn)換效率輸出功率除以輸入功率的百分比ATX12V1.3版要求滿載下最小轉(zhuǎn)換效率為70%，ATX12V2.0版將推薦轉(zhuǎn)換效率提高到了80%功率因數(shù)表示對(duì)電能的利用效率PFC（PowerFactorCorrection）即“功率因數(shù)校正”通過CCC認(rèn)證的電源都必須增加PFC電路PFC有兩種，無源PFC（被動(dòng)式PFC）、有源PFC（主動(dòng)式PFC）主動(dòng)式PFC可使電源功率因數(shù)達(dá)到98%以上，不過成本比較高被動(dòng)式PFC的電源功率因數(shù)只能達(dá)到70％-80％，并且發(fā)熱量比較大功率因數(shù)產(chǎn)生的損耗是電力部門負(fù)擔(dān)，轉(zhuǎn)換效率的損耗是用戶自己負(fù)擔(dān)7.7電源的相關(guān)參數(shù)平均故障間隔時(shí)間（MTBF）或平均無故障工作時(shí)間（MTTF）預(yù)期在電源發(fā)生故障之前，電源平均能工作的時(shí)間，以小時(shí)計(jì)采用一套公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，由電源中各個(gè)元件的失效率計(jì)算MTBF參數(shù)輸入范圍（或工作范圍）電源能夠接受的輸入交流電壓變化范圍多數(shù)電源被設(shè)計(jì)成全球通用的，可以在110V和220V之間自動(dòng)切換有一些電源需要設(shè)定一個(gè)開關(guān)來指定現(xiàn)在所使用的電壓7.7電源的相關(guān)參數(shù)峰值浪涌電流電源在開機(jī)后的瞬間從電網(wǎng)汲取的最大電流，以特定電壓下的安培數(shù)表示該值越低，系統(tǒng)所受的熱沖擊越小保持時(shí)間輸入電壓下降后電源電壓能維持在指定的電壓范圍的時(shí)間（以毫秒計(jì)）它可以使PC系統(tǒng)在交流電短暫中斷的情況下繼續(xù)運(yùn)行目前主流電源的此項(xiàng)參數(shù)通常是15-30毫秒，一般越高越好ATX12V規(guī)范要求保持時(shí)間至少需17毫秒瞬態(tài)響應(yīng)輸出電流階躍變化后，電源輸出電壓恢復(fù)到標(biāo)稱水平所需的時(shí)間（以毫秒計(jì)）有時(shí)用某個(gè)輸出變化的概念來表示，比如“電源輸入變化在20％之內(nèi)，輸出保持穩(wěn)定“7.7電源的相關(guān)參數(shù)過壓保護(hù)對(duì)每一路輸出，電源關(guān)閉或者截止輸出的斷路點(diǎn)可以用百分?jǐn)?shù)表示，如對(duì)+3.3V和+5V輸出過壓保護(hù)折點(diǎn)為120％可以直接用數(shù)值表示，如對(duì)+3.3V輸出過壓保護(hù)折點(diǎn)為+4.6V，對(duì)+5V輸出過壓保護(hù)折點(diǎn)是+7.0V最大負(fù)載電流每一路輸出所能安全地提供的最大的電流值（以A為單位）最小負(fù)載電流每一路輸出必須從中汲取的最小電流值負(fù)載系數(shù)（或稱電壓負(fù)載系數(shù)）是指某一路輸出電壓當(dāng)從最小負(fù)載變到最大負(fù)載時(shí)的變化值（反之亦然）其值以正負(fù)百分?jǐn)?shù)表示，典型值是：對(duì)+3.3V、+5V和+12V輸出為±1％到±5％7.7電源的相關(guān)參數(shù)線性調(diào)整電網(wǎng)交流輸入電壓從最小值變到最大值時(shí)輸出電壓的變化值電源應(yīng)能在電網(wǎng)電壓在規(guī)定范圍內(nèi)變化時(shí)保持輸出變化低于1％串?dāng)_或稱串?dāng)_和噪聲、交流串?dāng)_、周期性和隨機(jī)性偏差以每路輸出電壓的峰-峰電壓的毫伏值計(jì)該參數(shù)越小越好；高質(zhì)量的系統(tǒng)串?dāng)_一般為1％（或更低），如果用電壓來表示，則是輸出電壓的1％這種影響可能來自于內(nèi)部開關(guān)瞬態(tài)過程，或者由受控的頻率引入，或者是其他隨機(jī)噪聲7.8電源認(rèn)證在美國最著名的代理機(jī)構(gòu)是UnderwriterLaboratories,Inc.（UL）。在加拿大，電子和電器產(chǎn)品由加拿大標(biāo)準(zhǔn)組織（CSA）進(jìn)行認(rèn)證。在德國是TüVRheinland和VDE。在挪威有VEMKO在中國的電源認(rèn)證是中國電工強(qiáng)制認(rèn)證（CCC），全稱是中國國家強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證，簡稱3C認(rèn)證。這是國家對(duì)低壓電器、小功率電動(dòng)機(jī)等涉及健康安全、公共安全的電器產(chǎn)品所要求的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，它包括原來的產(chǎn)品安全認(rèn)證（CCEE）、進(jìn)口安全質(zhì)量許可制度（CCIB）和電磁兼容認(rèn)證（EMC）。三者分別從用電的安全、穩(wěn)定、電磁兼容及電波干擾方面做出了全面的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)7.9電源保護(hù)系統(tǒng)最簡單的保護(hù)形式就是使系統(tǒng)遠(yuǎn)離那些惡劣的使用環(huán)境高品質(zhì)的電源實(shí)際上也能提供很大程度的保護(hù)，在過電流、過電壓、欠電壓、過載、過溫度、短路、雷擊的情況下能迅速地關(guān)斷電源所有電源保護(hù)功能都要求將計(jì)算機(jī)的交流電源電纜接地三種現(xiàn)有的主要電源保護(hù)系統(tǒng)電涌保護(hù)器穩(wěn)壓器不間斷電源（UPS）7.9電源保護(hù)系統(tǒng)不間斷電源（UPS）可分為在線式、后備式和在線互動(dòng)式三種

在線式UPS：在線式UPS在工作時(shí)，首先將市電轉(zhuǎn)換為直流電給UPS電池充電，同時(shí)逆變器將此直流電逆變?yōu)榻涣麟姙橄到y(tǒng)供電，由于市電經(jīng)過了交流到直流、再到交流的轉(zhuǎn)換過程，所以市電中原有的干擾和脈沖已經(jīng)過濾得非常干凈，電壓很穩(wěn)定。由于逆變電路始終在工作，所以當(dāng)停電發(fā)生時(shí)，UPS能達(dá)到切換時(shí)間為零后備式UPS：后備式UPS在市電正常時(shí)，由市電直接供電或經(jīng)過UPS穩(wěn)壓后給系統(tǒng)供電，