计算机电源-new课件

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、稳压模块（VRM）进行转换电压设备+3.3V芯片组、SDRAMDIMM、PCI/AGP卡、多功能芯片+5V磁盘驱动器逻辑板、SIMM、PCI／AGP卡、ISA卡、稳压器、多功能芯片+12V马达、稳压器（高输出）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电源外形规格连接器类型相关主板外形规格ATATBaby-AT、Mini-AT、ATATXATXATX、NLX、Micro-ATXSFXATXFlex-ATX、Micro-ATXBTX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7.3.1AT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电源不同开机需要通过前端面板开关属于淘汰了的电源类型7.3.2ATX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ATX12V2.3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7.3.2ATX电源规范版本主要变动ATX1.01早期版本，采用吹风方式散热ATX2.0采用排风散热ATX2.01+5VSB输出电流从100mA改为720mAATX2.02增加了一个ATX+5V/+3.3V辅助连接器；将-5V和-12V的输出电压偏差进行了调整ATX2.03实质上并没有多大的区别。主要是将ATX2.02中的MicroATX改为Mini-ATX；建议在电源顶端增加新的通风窗口以增强对CPU的散热ATX12V1.1加强了+12V的电流输出能力；对+12V的电流输出、涌浪电流峰值、滤波电容的容量、保护等做出了新的规定；增加了ATX12V连接器；加强了+5VSB的电流输出能力。ATX12V1.2没有大变化，只是提高了电流的输出能力ATX12V1.3取消了-5V电压；新增了SATA电源接口ATX12V2.0由单路+12V输出改为双路+12V输出；主电源连接器由20针增加到24针；取消了ATX+5V/+3.3V辅助连接器ATX12V2.2将最大输出标准提升至450W；加强了+3.3V与+5V的输出能力，削弱了+12V的持续供电能力，增强+12V的峰值电流，以适应双核处理器在启动时，大峰值电流的要求；对电源的转换效率提出了更高要求ATX12V2.3最主要的变化是将+12V1输出能力提升而+12V2输出能力下降，同时还首次规定了采用单路+12V的180W、220W、270W三个功率级。为了贴近能源之星4.0版本规范，INTEL在ATX12V2.3规范里推荐一款电源不论何种状态下都可以达到80%或以上的转换效率，而且功率因数则需要大等于0.97.3.3SFX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SFX12V3.0版7.4.1AT主板电源连接器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7.4.2ATX主电源连接器在ATX12V2.0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7.4.2ATX主电源连接器24针与20针主电源连接器相比，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7.4.3ATX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7.4.3ATX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Pentium4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ATX12V1.3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180V~264V时，电源长时间稳定输出的功率最大功率：指环境温度为常温（25度左右），电压范围200V~264V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ATX12V1.3版要求满载下最小转换效率为70%，ATX12V2.0版将推荐转换效率提高到了80%功率因数表示对电能的利用效率PFC（PowerFactorCorrection）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（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、+5V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UnderwriterLaboratories,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。在德国是TüVRheinland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，