atx12v电源设计指南(中文版)

ATX12V 电源设计指南 版本：1.3 版本历史 版本 发布日期 备注 1.0 2000 年 2 月 公开发布 1.1 2000 年 8 月 增加了 3.3V 的电流；增加了更多电源分配的解释；做 了一些辅助部分的编辑和格式修订 1.2 2002 年 1 月 3.2.3 典型电源分配部分。改变了所有电源分配表中定 义的+5V 负载分配，最小电流减小到 0.3A 3.3.2 PS-ON 部分：增加了“输出衰减时，PS-ON 信号 被脉冲信号干扰时间在 10ms-100ms，电源不能宕机” 部分从所有的电源分配表中取消了-5V 电压 1.3 2003 年 4 月 更新了功率和电流指导 增加了典型负载和轻载时的效率指导 增加了最小转换效率，满载时从 68%提高到 70% 增加了 SATA 连接器的定义 增加了低噪音电源的声级 重新修订升级了版本表 更新了申明 删除了 ATX 指导 取消了-5V 输出指导 更新了“能源之星”和待机效率的指导 目录 1、简介 2、可用文档 3、电气 3.1 交流输入 3.2 直流输出 3.3 时序 3.4 输出保护 4、机械 4.1 标签/标识 4.2 物理尺寸 4.3 气流/风扇 4.5 AC 连接器 4.6 DC 连接器 5、环境 5.1 温度 5.2 震动 5.3 湿度 5.4 高度 5.5 机械冲击 5.6 随机震动 5.7 声学 6、电磁兼容性 6.1 辐射 6.2 抗扰性 6.3 输入先行电流谐波和线性闪变 6.4 对地磁漏 7、可用性 8、安全 8.1 北美 8.2 国际 8.3 禁止物质 3 1、 介绍 1.1 适用范围 这份文档对符合ATX2.03 主板和机箱规范 的家用电源提供设计建议和参考规范。文档包括了在 ATX 规范中没有 清晰地说明的细节的辅助信息，比如电源的物理尺寸、散热需求、连接器配置、相关电气和信号时序规范。 这份文档仅仅是提供便利，而没有打算取代用户的独立设计和有效活动。并没有暗示所有的 ATX12V 电源都必须完 全符合文档的内容。在此，设计的具体描述不可能支持所有可能的系统配置。系统电源需求大量依赖于各种应用因素 （比如桌面电脑、工作站或者服务器） ，使用环境（如温度、线形电压）以及主板需要。 1.2 ATX12V 与 ATX 电源的比较 这部分简要地说明了这份文档目前定义的 ATX 电源主要的变化。即通过 12V 电压调整器为 CPU 供电，而不再由主电 源的 5V 提供。 12.1 版本 1.3 的主要变化 增加了+12V 的输出能力。使用+12V 的系统组件的功耗不断增加。ATX12V 电源设计应该增加+12V 直流输出以满足 这些变化。 最小转换效率：最小可测转换效率和满载效率已经增加到 70%。效率指导中增加了 50%和 20%负载。 取消-5V 输出：电源指南取消了-5V 输出。这个历史遗留的电压被用来支持 ISA 扩展卡。ISA 卡在大多数 工业应用中已经不再采用，但客户应用可能依然存在，参考版本 1.2 中-5V 的建议。 2、 应用文档 下面的文档作为设计指导的参考材料。 3、 电气 除非特别说明，下面的电气要求必须满足第五部分的环境要求。 5 3.1. AC 输入 表一列出了持续操作时输入电压和频率需要。电源输入电压应该支持两种电压输入，包括 100-127VAC 和 200- 240VAC。可以通过手动或者自动调节来选择正确的电压范围。电源应该自动适应 AC 电压压降。电源应该在 90VAC 电压下，满载时依然正常启动。 表 1 交流输入范围 参数 最小 正常+ 最大 单位 V(115 VAC) 90 115 135 VAC V(230 VAC) 180 230 265 VAC V Frequency 47 63 Hz +注：测试目的的正常电压在正常值1.0V。 3.1.1 输入过流保护 电源应该为过流保护设置主保险丝熔断电路以保护电源，满足安全需要。采用 slow-blow 型保险丝（注：在开机前的 很小时间段，能经受最大为额定电流 10 倍的电流冲击的保险丝）或者其等效型号以防止产生 nuisance trips（对于丹麦 和瑞士国际安全要求，如果内部过流保护设备的电流丹麦大于 8A，瑞士大于 10A，电源必须通过 EN 96950 国际安全 测试，采用最大 16A 的过流保护支电路，此 16A 的过流保护器在电源非正常工作测试时不能打开） 。 3.1.2. 输入浪涌电流限制（inrush current） 开机时最大浪涌电流（在 AC 正弦任意点开机）包括并不限于三相电路，应该限制在 AC 开关、整流桥、保险丝、 EMI 滤波器件能承受的浪涌水平。反复开关环路， AC 输入电压不应损坏电源或者导致保险丝烧断。 （注：电源接通瞬间，流入电源设备的峰值电流。由于输入滤波电容迅速充电，所以该峰值电流远远大于稳态输入电流。 ） 3.1.3. 输入欠压 当输入电压低于表 1 中最小规定时，电源应当通过保护电路避免电源损坏。 3.1.4. 调整 在世界任何地方销售前，系统和电源两者必须通过测试每一个 EN 55024 规范中所描述的限制和方法。额外的要求可 能依赖于设计、产品最终应用、地理区域和其他相异点。请咨询公司产品安全和调整部门以获得更多细节。 3.1.5. 重大事故保护 部件故障发生，电源不能出现下面的任何现象： 火焰 冒烟 电路板烧焦 电路板导线熔断 刺耳的噪音 烧熔的物质泄露 3.2. 直流输出 3.2.1. 直流电压调整 当输出端所有负载值在下面负载、环境等状况下时，直流输出电压应该保持在如表 2 所示的合理范围内。在任何稳定 状态温度和第 5 部分操作环境下持续工作时，应当保持在电压调整限制。 表 2 直流输出电压范围 输出 范围 最小 正常 最大 单位 +12VDC 5% +11.4 +12.00 +12.60 Volts +5VDC 5% +4.75 +5.00 +5.25 Volts +3.3VDC 5% +3.14 +3.30 +3.47 Volts -12VDC 10% -10.80 -12.00 -13.20 Volts +5VSB 5% +4.75 +5.00 +5.25 Volts 3.2.2. 远程感应 +3.3VDC 输出应当提供远程感应以补偿电压下降。默认感应应该连接到主电源接口的 11 针。电源通过远程感应连接 保持直流补偿电压应该不超过 10 毫安电流。 3.2.3. 典型电源分配 直流输出电源需求和分配对具体的系统和应用而不同。主要依赖包括处理器数量和类型、内存、扩展槽、外围设备以 及对高级图形卡的支持和其他因素。设计者的最终责任取决于与给定目标产品和市场。 表 3 至表 5 和图 1 至图 3 提供了电源分配以及交叉负载图的例子。这并不是指所有的电源必须符合这个表格，也不是 所有的电源在任何系统配置中都必须满足表中的信息。 表 3 220W ATX12V 电源典型分配 输出 最小电流 （安培） 最大电流 （安培） 峰值电流 （安培） +12VDC 1.0 14.0 16.0 +5VDC 0.3 18.0 +3.3VDC 0.5 14.0 -12VDC 0.0 0.5 7 +5VSB 0.0 2.0 2.5 注：3.3V 与 5V 联合输出不超过 110W 峰值电流持续时间最大 17 秒，并且每分钟不超过一次。 图 1 200W 配置的交叉负载 表 4 250W ATX12V 电源典型分配 输出 最小电流 （安培） 最大电流 （安培） 峰值电流 （安培） +12VDC 1.0 17.0 19.0 +5VDC 0.3 21.0 +3.3VDC 0.5 20.0 -12VDC 0.0 0.8 +5VSB 0.0 2.0 2.5 注：3.3V 与 5V 联合输出不超过 140W 峰值电流持续时间最大 17 秒，并且每分钟不超过一次。 图 2 250W 配置的交叉负载 表 5 300W ATX12V 电源典型分配 输出 最小电流 （安培） 最大电流 （安培） 峰值电流 （安培） +12VDC 1.0 18.0 19.5 +5VDC 0.5 26.0 +3.3VDC 0.5 27.0 -12VDC 0.0 0.8 9 +5VSB 0.0 2.0 2.5 注：3.3V 与 5V 联合输出不超过 195W 峰值电流持续时间最大 17 秒，并且每分钟不超过一次。 图 1 300W 配置的交叉负载 3.2.4. 输出限制/危险输出水平 在正常或者过载条件下，任何条件下都不能有某路输出持续提供 240VA 电能，包括短路，参考 UL 1950/CSA 950/EN 60950/IEC 950。 3.2.5. 效率 . 综述 电源在满载情况下应当达到 70%的效率，典型负载情况下应当达到 60%的效率，轻载情况下应当达到 50%的效率。电 源效率测试应当在正常电压条件下（115VAC 或 230VAC） 、表 6 和表 7 负载条件下以及第 5 部分规定的温度和操作条 件下进行。表 7 中所示的测试效率的负载条件代表一个满载，一个 50%负载和一个 20%负载。 表 6 最小效率与负载 负载 满载 典型负载 轻载 最小效率 70% 60% 50% 表 7 效率测试负载表 220W（负载以安培表示） 负载 +12V +5V +3.3V -12V +5Vsb 满载 13 6 6.4 0.5 1.0 典型负载 8 3 5 0.3 1.0 轻载 3 0.3 0.5 0.0 1.0 250W（负载以安培表示） 负载 +12V +5V +3.3V -12V +5Vsb 满载 15.6 6 6.5 0.5 1.0 典型负载 8 3 5 0.3 1.0 轻载 3 0.5 1.5 0.0 1.0 300W（负载以安培表示） 负载 +12V +5V +3.3V -12V +5Vsb 满载 18 7 11.5 0.5 1.0 典型负载 10 3 5 0.3 1.0 轻载 4 1.0 3.0 0.0 1.0 . 能源之星 电源的“能源之星”效率需求依赖系统配置。在低电源/睡眠状态（S1 或 S3）下，系统应当确保电源与表 8 中一致。 表 8 能源之星输入电力消耗 电源最大持续功率 低耗/睡眠模式下交流输入 RMS 瓦特数 200W 15W 200W300W 20W 300W350W 25W 350W400W 30W 400W 最大持续输出功率的 10% 注：为了有助于满足“能源之星”的系统要求，推荐在待机模式下有超过 50%的效率。 . 其他低耗系统需求 为了电源的低耗待机设计下面提供了一些通行的指导。需求将会随地理区域以及最终用户的不同而不同。 为了满足“蓝色天使（Blue Angel） ”、RAL-UZ、美国总统执行法案 13221、未来的 EPA，以及其他低耗系统需求， +5VSB 待机电源应当尽可能提高效率。待机效率在最小 100 毫安负载下，应当超过 50%。 3.2.6. 输出纹波/杂讯 在 3.2.3 部分负载范围和 3.1 部分电压条件下，输出纹波/杂讯要求应当满足表 9 要求。 纹波/杂讯是一种周期性或者随机超过 10Hz 到 20MHz 频宽的信号。测试时应该采用 20MHz 频段的示波器。输出端并 联一个 0.1uF 的钽电容和一个 10uF 的电解电容模拟系统负载。见图 4。 11 表 9 直流输出纹波/杂讯 输出 最大纹波& 杂讯 （mVpp） +12VDC 120 +5VDC 50 +3.3VDC 50 -12VDC 120 +5VSB 50 3.2.7. 瞬间反应特性 表 10 概述了每路预期输出瞬间反应步长。瞬间负载回转速度（运算放大器可能改变的最大速率）为 1.0A/us。 表 10.直流输出瞬间反应 输出 最大步长（按 3.2.3 部分额定输 出功率的百分比） 最大步长（安培） +12VDC 50% +5VDC 30% +3.3VDC 30% -12VDC 0.1A +5VSB 0.1A 例如，+5V 额定输出为 18A，瞬间反应步长为 30%18A=5.4A 注：如果总线的一端要发送信号，那么发送信号的一端会改变电压的状态，从低电压切换到高电压（或者高电压切换到低电压） 。而电压 改变的大小和时间的比值称为“回转速度 ”（Slew Rate） ，回转速度越快，信号的信号处理也就越及时 输出电压应该保持在 3.2.1 部分限制的范围内，在从任何稳定负载向表 10 中的状况改变时，电源应该保持稳定。 +12V、+5V、+3.3V 输出同步负载步长（所有步长发生在同一方向） 负载变化重复率 50Hz 至 10KHz 直流输入范围符合 3.1 部分 容性负载符合表 11 3.2.8. 容性负载 当在下面的电容同时加到电源直流输出端时，电源应能开机和正常工作。容性负载通常被用于检查电源稳定性，但杂 讯测试中不应使用。 表 11 输出电容性负载 输出 ATX12V 电容性负载（Uf） +12VDC 20000 +5VDC 10000 +3.3VDC 6000 -12VDC 350 +5VSB 350 3.2.9. 闭合环路稳定性 电源应当在所有负载条件下，包括电容性负载时无条件保持稳定。在最大和最小负载中，推荐 45 度相位失真和 10dB 增益余量。 3.2.10 +5VDC 和+3.3VDC 供电顺序（Power Sequencing） 在开机和正常工作时，+12V 和+5V 输出级别必须等于或者大于+3.3V。+12V 或+5V 输出达到其最小非调整水平与 +3.3V 输出达到其最小非调整水平的时间应该小于 20 毫秒。 3.2.11. 电压保持时间 当电压输入突然中断时，电源必须保持 3.2.1 部分中定义的稳定输出。最大保持不小于 17 毫秒。 3.3. 时序/控制 13 3.3.1. PWR_OK PWR_OK 是一个“POWER GOOD”信号。如果电源判断 PWR_ON 为高，则表示+12V、+5V、+3.3V 输出电压在 3.2.1 中定义的电压范围，变压器则要储存足够的电能来保证电源的持续工作，具体的保持时间至少应该符合规范 3.2.11 定义的“电压保持时间” 。相反，当电源判断 PWR_OK 处在待机状态时，+12V、+5V、+3.3V 输出电压降到 3.2.1 中定义的电压范围以下，或者主电源被关断足够长的时间，即超过关机警告时间。PWR-ON 的电气和时序特征如表 12 和图 5 所示。 表 12 PWR-ON 信号特征 信号类型 +5V TTL 兼容 逻辑等级低 18A 或+5V 输出24A 的辅助电源连接器 连接器：OLEX 90331-0010 或等效型号 针 信号 16AWG 电缆 1 地线 黑 2 地线 黑 3 地线 黑 4 +3.3VDC 橘黄 5 +3.3VDC 橘黄 6 +5VDC 红 4.5.4. 外围设备连接器 连接器：AMP 1-480424-0 或 MOLEX8981-04P 或等效型号 针 信号 18AWG 电缆 1 +12VDC 黄 2 地线 黑 3 地线 黑 4 +5VDC 红 4.5.5. 串行 ATA 电源连接器 这是带有 SATA 设备的可选件。 SATA 电源连接器的细节要可以查询“串行 ATA：告诉串行 AT 连接”第 6.3 部分“线缆和连接器规范” 。 / 装配：MOLEX88751 或等效型号 针 信号 18AWG 电缆 5 +3.3V 橘黄 4 地线 黑 3 +5VDC 红 2 地线 黑 1 +12VDC 黄 4.5.6. 软驱连接器 连接器：AMP 71822-4 或等效型号 针 信号 18AWG 电缆 1 +5VDC 红 2 地线 黑 3 地线 黑 4 +12VDC 黄 23 5. 环境 下面的部分定义了规范推荐的环境和测试参数，这些数据建立在 ATX12V 电源可能在工作或运输中的典型条件。 5.1. 温度 操作环境 +10至+50（在满载情况下，最大温度变化率 为 5/10 分钟，不超过 10/小时。 ） 非操作环境 -40至+70（最大温度变化率 20/小时） 5.2. 热冲击 非操作环境 -40至+70（最大温度变化率 20/小时） 温度变化 15-30/分钟，测试 50 次。温度极限试 验期间每半周 30 分钟。 5.3. 湿度 操作环境 最大 85%相对湿度（非压缩） 非操作环境 最大 95%相对湿度（非压缩） 注：95%相对湿度是在干球温度 55和湿球温度 54时测得。 5.4. 高度 操作环境 最大 10,000 英尺 非操作环境 最大 50,000 英尺 5.5. 物理冲击 操作环境 50 克，梯形输入，速率变化170in/s，每个样品 对六面每面进行 3 次自由落体 5.6. 随机震动 非操作环境 0.01g2/Hz 以 5Hz 的频率，以 0.01g2/Hz 以 20Hz 倾 斜，保持 0.01g2/Hz 从 20Hz 至 500Hz。PDS 曲线 下的区域是 3.13Grms，所有样品三个轴的每个轴 应持续 10 分钟。 5.7. 声学 对于电源的低噪音要求，下面提供一些通用指导。 声力（sound power）指导方针：当声力在 43C、50%负载、海平面条件下测试时，电源不应产生超过标称声力 4.0BA。在声音测试条件下，选择这个测试点可以表现典型系统内的环境，即从标准假设环境的 23C 增加到 43C，系 统内温度上升了 20C。应根据 ISO7779 测量和根据 ISO9296 报告标称的声力。 Pure Tone：根据 ISO7779 附件 D，电源不能有任何突出的非连续性的声音。 （注：BA 即贝尔，声力单位，dB 为分贝，声压单位，1 贝尔=10 分贝） 6. 电磁兼容性 25 下面的部分简要说明了典型电源产品的规定，实际需要依赖于设计、最终应用、地理区域和其他可变因素。要得到更 详细的细节，请咨询您公司的产品安全与控制部门。 6.1. Emissions 电源应满足FCC Part 15, EN55022:1998 and CISPR 22:1997 ，在传导和辐射方面满足 B 级，带 4dB 空白限值。测试 必须使用屏蔽 DC 输出电缆连接屏蔽负载。负载应按如下三种测试方法调整：每路输出无负载，每路输出 50%负载， 每路输出 100%负载。测试要求在 100VAC 50Hz，120VAC 60Hz 和 230VAC 50Hz 下进行。 6.2. 免疫 电源应符合EN 55024:1998 。 6.3. 输出线性谐波电流和线性闪烁 在欧盟和日本，电源应满足EN61000-3-2 Class D和仪器和通用设备谐波抑制指南中在满载时谐波线性电流内 容。参见表 17 的谐波电流限制。 表 17：谐波限制，D 级设备 6.4. 对地磁漏 PFC 阻塞对地磁漏不应对任何放置在用户机箱旁或机箱上高分辨计算机监视器造成干涉。 7.可靠性 7.1. 组件低于额定要求使用 低于额定要求使用可促进质量和高可用性。在工业和商业环境中，所有的电