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1、开关电源的基础知识开关电源的基础知识一、电源的重要性随着高科技的电脑及相关产品逐步进入平常百姓家，人们对电脑及相关产品的认识不断深化。对于电脑来讲，最重要的硬件主要有两个：一个是CPU，其作用相当于人的大脑，是电脑的核心；二是电源，其作用相当于人的心脏。假如没有高品质的电源，再好的CPU及其它电脑部件都无法充分稳定的发挥作用，甚至可能对电脑主机造成伤害。然而在DIY市场，长期以来人们强调的是CPU、主板、显卡等硬件，对电源不太重视，忽略了开关电源的质量对电脑的可靠性、稳定性以及对使用者健康的影响。其实，国际知名品牌电脑厂商对电源非常重视，如IBM等世界名牌电脑的电源采购价高达每台18-25美元
2、，正是源于他们对电源品质的高标准要求。根据统计，电脑故障的4060是由于电源引起，而一台电源只占电脑整机价值的2-3，电源选用不当，不但可能烧毁CPU、主板、硬盘，还可能给使用者健康和生命财产安全造成损失，因此有必要重新认识电源的重要性。二、电源的工作原理市电进入电源，首先要经过扼流圈和电容，滤除高频杂波和同相干扰信号。然后再经过电感线圈和电容，进一步滤除高频杂波。接下来再经过由4个二极管组成的全桥电路整流，和大容量的滤波电容滤波后，电流才由高压沟通电转换为高压直流电。经过了交直转换后，电流就进入了整个电源最核心的部分开关电路。开关电路主要由两个开关管组成，通过它们的轮流导通和截止，便将直流电
3、转换为高频率的脉动直流电。接下来，再送到高频开关变压器上进行降压。经过高频开关变压器降压后的脉动电压，同样要使用二极管和滤波电容进行整流和滤波，此外还会有1、2个电感线圈与滤波电容一起滤除高频沟通成分。经过上面一系列工序后，输出的的电流，才算真正完成电脑所需要的较为纯净的低压直流电。三、有关性能参数讲明1、PG(POWERGOOD)信号从电源开通那一霎时起，到电源输出稳定电压需要一定的时间，+5V的爬升时间通常为2ms20ms。当电源开通后，电源首先会自行检查输出电压能否正常，假如正常，即向CPU发出一个POWERGOOD信号，意即“我准备好了，您能够开场工作了。为了保证互相间的衔接，CPU厂
4、商推出CPU时，就PG信号作出了规定，要求电源发出PG信号的时间是在开机后的100500ms时间内，假如CPU在这个范围内得不到PG信号，就意味着开机失败。2、PF(POWERFAIL)信号PF信号是指当电源的沟通输入电压切断，电源首先给CPU一个持续时间约1ms的POWERFAIL信号，通知CPU电源将马上关闭。PF时间不够容易造成相关设置数据丢失。3、保持时间HOLDUPTIME指在输入电压切断后，电源能继续保持输出的时间，一般为20ms左右，通常不小于16ms，这段时间很重要，一方面使CPU在得到PF信号后有足够时间保存系统设置，使系统下次能正常开机，另一方面使UPS有足够的时间启动，并
5、开场工作。4、纹波RIPPLE和杂讯NOISE电源的功能是将沟通电转换为直流电，但事实上，输出的直流电并不是一条纯净的直线，而是依附着一些周期性和随机性的沟通信号，我们称之为纹波和杂讯，它们的数量一般都很小，用毫伏表示。纹波和杂讯对电脑电源来讲是非常重要的指标，纹波和杂讯过大可能让CPU产生误判，严重者可能烧坏电脑。5、负载调整率LOADREGULATION电源负载的变化会引起电源输出的变化，负载增加，输出降低，相反负载减少，输出升高。好的电源负载变化引起的输出变化减到最低，通常指标为3%5%。6、线路调整率LINEREGULATION指输入电压在最高和最低之间变化180V264V时，输出电压
6、的波动范围，一般为1%2%。7、电源输出OUTPUT+3.3V：橙色线最早在ATX构造中提出，如今基本上所有的新款电源都设有这一路输出。而在AT/PSII电源上没有这一路输出。以前电源供给的最低电压为+5V，提供应主板、CPU、内存、各种板卡等，从第二代奔腾芯片开场，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下面，为了减少主板产生热量和节省能源，如今的电源直接提供3.3V电压，经主板变换后用于驱动CPU、内存等电路。+5V：红色线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：黄色线用于驱动磁盘驱动器马达
7、、冷却风扇，或通过主板的总线槽来驱动其它板卡。在最新的P4系统中，由于P4处理器能能源的需求很大，电源专门增加了一个4PIN的插头，提供+12V电压给主板，经主板变换后提供应CPU和其它电路。所以P4构造的电源+12V输出较大，P4构造电源也称为ATX12V。-12V：黑色线主要用于某些串口电路，其放大电路需要用到+12V和-12V，通常输出小于1A.。-5V：白色线在较早的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.。在很多新系统中已经不再使用-5V电压，如今的某些形式电源如SFX,FLEXATX一般不再提供-5V输出。考虑到系统的兼容性，航嘉SFX系列电源，LW-2
8、145,LW-2146,LW-2156仍然提供-5V输出。+5VStandBy：紫色线最早在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PSII、AT电源都是采用机械式开关来开机关机，从ATX开场包括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+5VStand-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到达0.1A，随着CPU及主板的功能提高，+5VSB0.1A已不能知足系统的要求，所以
9、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化，一些系统要求+5VSB提供2A、3A，甚至更大的电流输出，以保障系统功能的实现，因而对电源提出了更高的设计要求，驰源公司已开发出+5VSB到达6A的电源。PS-on：绿色线负责操作系统管理电源的开关，是一中主机信号，和5VSB一起统称为软电源：小于1V时开启电源，大于4.5V时关闭电源，实现软件开关机，网络远程唤醒功能设置唤醒时间，通过键盘开机和GND接电线短接就能够开启电源。PG信号：灰色线PowerGood，+5V信号+3V+6V系统启动前，电源打开后0.10.5S发出信号进行内部检测，测试通过则发出
10、一个信号到主板，故电源开启受控于电源监控部件。四、开关电源安全标准的主要内容安全标准是以保障使用者的生命财产安全为出发点，对电子电器产品在原材料的绝缘、阻燃等方面作出了严格的规定。符合安全规格的产品，不仅要求产品本身符合安全标准，也要求生产厂商有完善的安全生产、质量保证体系。我国的国家标准是GB4943-1005（信息技术设备包括电气设备的安全）。安全认证主要包括爬电距离、抗电强度、漏电流和温度四方面的要求。1、爬电距离指沿绝缘外表测得的两个导电零件之间或导电零件与设备界面之间的最短距离，强调爬电距离是为了防止器件间或器件与地之间打火威胁人身安全。2、抗电强度指在沟通输入线之间或沟通输入与机壳
11、之间将零电压增加到1500V沟通或2200V直流时，不击穿或拉电弧。3、漏电流通过隔离变压器在电源的火线或零线与易触及的金属之间串接电流表，开关电源的漏电流在260V沟通输入下不应超过3.5mA。4、温度安全标准对电子电器的求很严，并要求材料有阻燃性，开关电源的内部温升不应超过65，比方环境温度是25，电源元器件的温度应小于90。5、安规产品与非安规产品的区别1经安规认证的产品在元件、材料的绝缘、阻燃等方面进行了严格的规定，但产品是符合安规的并不代表性能的好坏。2由于安全认证的申请时间较长，还有严格的限制和要求，象我国的CCEE认证，不仅送检产品本身要符合CCEE标准，同时要求工厂要相对完善类
12、似ISO9000审核的品质保证体系，以保证大批量生产时，每一个产品都市符合CCEE的要求；不仅如此，还要接受CCEE机构定期和不定期的质量监督及检查。基于这原因，在申请安全认证时，厂家都会考虑产品本身的完善性和实用性。由于安全认证申请后，不得随意作任何变更、替代或修改，所以相对的讲，安规产品的起点会较非安规产品高出很多。非安规电源，在积尘、潮湿、高温、雷电、震动等情况下、容易出现短路现象，一旦出现短路，非安规电源极易引起火灾，严重影响用户的生命财产安全，所以，世界各国对安规标准执行得非常严格。五、低价电源是怎样降低成本的开关电源是电脑产业中技术比拟成熟和稳定的产品，但制造容易做好难，市面上不少
13、电源以极低的价格销售，扰乱了市场，影响了品牌电源的销售。一些低价电源降低成本的方式：1、大电解电容、半导体器件使用旧料重要器件使用旧料或拆板料，主要有大电容、肖特基二级管、三极管、IC等。大电解电容是影响开关电源使用寿命的关健器件。影响大电容使用寿命的主要是高温和电网中的浪涌电压，国家标准对电解电容的使用寿命有严格规定。使用旧料固然能够大大降低成本，但制造者不可能知道旧的器件还有多少寿命，很可能在电源出厂后不久，器件的寿命就到了，轻则电源停机，重则器件爆裂，危害极大。2、在线材、插头、外壳降低要求有的电源输出线线径大小不一致，截面积缺乏，电源工作负载稍大，电源输出线会发烫变软，存在严重的安全隐
14、患。线材的材质不好也会产生线损，影响电脑的正常使用；输入输出插头插座公差正偏差大，CD-ROOM、软驱、硬盘接插电源困难，不小心还会损伤上述部件，再如公差负偏差大，则又可能使上述设备供电不良，工作不正常。外壳有划伤，切边没有进行防锈处理，容易产生锈斑，锈粉的脱落会造成内部短路。3、不按安规标准选料有些厂商使用符合安全规格的材料制造样品，获得安规证书后，在大批量的制造时，擅自替换材料，甚至使用非安规材料代替安规材料，欺骗消费者，造成安全隐患。由于安规材料与非安规材料价格差一倍到数倍，有些厂商就部分材料采用安规，部分材料采用非安规，对外却称是符合安规，其实哪怕是电源里有一滴固定胶或一块塑料片是非安规的，整个电源都是不符合安规标准的。4、EMI不符合B级标准省掉或简化EMI电路，电磁传导干扰达不到GB9254-98B级要求。5、减少检测步骤，降低测试标准通过减少老化时间，甚至不做老化测试来降低成本。6、虚标功率，蒙骗消费者1虚标+3.3V、+5V、+12V的输出电流。2直接虚标电源功率，200W的电源虚标为250W甚至300W等。ENDdeng2006-12-28