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因为电源的外形(外形规格)与机箱有关,所以有些信息还涉及到用户的机箱类型。
7.2电源的主要功能
电源的主要功能是将电网的交流电能转换为计算机电路可用类型的电能,通常会输出各种电压值的直流电。
正直流电压
通常,系统中的数字电子部件和电路(主板、适配卡和磁盘驱动器逻辑板)使用+3.3V或+5V电压,而马达(磁盘驱动器马达和风扇)则使用+12V电压。
表7-1列出了这些设备及其对电压的需求。
表7-1PC设备的电压需求
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)
系统要能正常运转,电源系统必须供应充足、稳定的电能。
有些设备使用的电压不是上面列出的几种,此时设备内一定要有稳压器进行转换;
例如,RIMM运行电压为2.5V,这是由其片内稳压器提供的,有些处理器的电能也是由内置于主板中的稳压模块(VoltageRegulatorModule,VRM)提供的。
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。
正电压看上去可以给系统中的所有元件(逻辑电路和电机)供电,那负电压有何用处呢?
一些通信电路需要-12V作为偏流,-5V现在一般不用了,所以一些新电源设计如SFX(小外形规格)电源就不再提供-5V电压了,它存在的惟一原因在于全面向下兼容ISA(工业标准结构)总线。
虽然主板可以通过电源连接器获得-5V和-12V的电压,但主板通常只使用+3.3V、+5V和+12V电压。
-5V的信号只是接到ISA总线的B5引脚,以便于各种ISA卡都可以使用,不过目前很少这样做。
主板的逻辑电路通常不使用-12V电压,但是有些串口或LAN电路却有时用到这种电压。
注意集成LAN适配器上的-12V输出的负载非常小。
例如,IntelD815EEAL主板中集成的10/100以太网适配器只使用+12V的10mA和-12V的10mA(都是0.01安培)工作。
虽然老式串口电路还使用±
12V电源输出,但现在的设备都只使用+3.3V或+5V。
7.3电源的外形规格与规范
电源的外形规格依赖于所使用的机箱,曾经采用过的有好多种,其中主要的三种在表7-2中列出,该表同时展示了这些电源采用的电源连接器类型以及对应的相关主板外形规格。
表7-2电源外形规格
电源外形规格
连接器类型
相关主板外形规格
AT
Baby-AT、Mini-AT、AT
ATX
ATX、NLX、Micro-ATX
SFX
Flex-ATX、Micro-ATX
BTX架构的系统适用ATX、SFX、CFX和LFX规格的电源,但CFX和LFX规格的电源目前还很难见到具体的产品。
7.3.1AT电源
从286时代开始,AT电源就一直是PC的标准配置,这一局面直到586时代才结束。
AT电源的外形尺寸与目前流行的ATX电源相似,但主电源连接器与ATX电源不同。
AT电源功率比ATX电源要小,开机需要通过前端面板开关进行,属于淘汰了的电源类型,目前已经很难见到使用AT电源的PC系统了。
图7-1AT电源
7.3.2ATX电源
在目前最为流行的是ATX规格的电源(参见图7-2)。
它最早于1995年由Intel公司推出,目前的最新版本是ATX12V2.3版。
图7-2ATX电源
和AT电源相比,ATX电源对主电源连接器进行了重大的改进。
传统的AT电源由两个连接器与主板相连,如果连接器接反或次序接错就会烧掉主板。
ATX规格的电源包括一个新的主电源连接器,它可以用来防止用户错误地接插电源,从而解决了主电源连接器接反或次序接错的问题。
ATX电源包含有一个特殊信号,叫做PS-ON,也就是通过软件来开关电源(也就是系统)。
这种功能有时也称为软件电源功能。
在支持高级电源管理(APM)或高级配置和电源接口(ACPI)的操作系统,如Windows9x中,就带有很明显的PS-ON功能。
当在“开始”菜单选择了“关闭计算机”,Windows就会在完成OS关闭程序后,自动关闭计算机。
没有这一功能的系统,只会显示一个信息表示可以安全关闭计算机了。
ATX电源中一个Power_Good信号。
它的作用就是要确保电源处于正常的工作水平,否则它会阻止计算机启动或工作。
每个电源在允许系统启动之前都会先完成内部检测。
如果检测通过,电源会向主板发送一个称为Power_Good(电源正常)的特殊信号;
如果此信号没有持续出现,计算机就不会启动。
因此,当交流电压下降和电源过压或过流时,Power_Good信号就会失效,以使系统复位或关机。
直到Power_Good信号重新发出时,系统才会重新启动。
如果电源不能维持正常的输出电压(如电压发生陡降),则Power_Good信号会变低,处理器自动复位。
当电源输出恢复正常水平时,电源系统又会发出Power_Good信号,系统重新启动(就像刚开机一样)。
通过提取Power_Good信号,系统遇到恶劣供电条件时能很快停止(复位),避免工作在不稳定或不合适的供电情况下出现内存奇偶校验错误及其他问题。
除了Power_Good/PS-On信号外,在ATX电源中还提供一个重要的电压,这就是+5VSB。
+5VSB的作用就是实现休眠唤醒、远程开机和键盘开机等功能。
实际上,+5VSB在电源接上电网交流电后,不管开不开机,这一电压就一直存在了。
它标志着对于ATX电源,只要一接上电网交流电,电源就工作,只不过是部分电路工作而已。
早期规范的ATX电源想通过改变传统风扇的位置和风向进一步提高散热效果,将风扇从机箱后部移往机箱内侧,并将CPU和内存设计在电源出风口后部,希望能更有效起到降温作用。
但不久发现这样的做法效果并不明显,而副作用十分令人头痛。
在大部分家庭和办公室的环境远达不到专业机房洁净要求,风扇向内送风大大提高了电源以及CPU周围灰尘积聚的速度,所以在后期的规范中又将电源风扇安置在原先的机箱后部并保持向外排风。
ATX电源规范的版本演变过程大致如下:
ATX1.01是早期版本,采用吹风方式散热。
ATX2.0采用排风散热。
ATX2.01与ATX2.0的区别是+5VSB输出电流从100mA改为720mA。
ATX2.02与ATX2.01相比增加了一个ATX+5V/+3.3V辅助连接器,此外将-5V和-12V的输出电压偏差进行了调整。
ATX2.03与ATX2.02从实质上并没有多大的区别,主要是将ATX2.02中的MicroATX改为Mini-ATX,以区别于Intel提出的另一个标准Micro-ATX。
另外,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是我们常说的P4电源规范的早期版本。
与ATX2.03的区别是:
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。
随着ISA插槽的淘汰,-5V电压已经早就用不上,因此ATX12V1.3正式取消了这个-5V电压的供给。
ATX12V1.3还新增了SATA电源接口。
ATX12V2.0由单路+12V输出改为双路+12V输出。
其中一路+12V2专门为CPU供电,另一路+12V1则为主板、显卡等其他设备供电;
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依然沿用了2.0版本中的双路+12V输出设计,只是在2.0版本的基础上进行了修改及强化。
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0.9。
7.3.3SFX电源
Intel于1997年12月推出了更小的Micro-ATX主板外形规格,同时也推出了一种与之配套的更小的SFX(SmallFormFactor,小型外形规格)电源(参见图7-3)。
1999年3月,Intel又推出了Flex-ATX主板外形规格,作为对Micro-ATX的补充,这是一款为低端PC或基于PC的设备而设计的非常小的主板。
从此以后,SFX电源陆续在许多新的精巧系统中广泛使用。
图7-3SFX电源
SFX电源是为包括有限数量硬件的小系统所特别设计的。
它可提供稍小的持续电能和4档电压(+5V、+12V、-12V和+3.3V)。
对于小的系统来说,这种容量的电源足够了。
SFX电源一般不提供-5V电压,因而不能用于含有ISA插槽的主板中(多数Micro-ATX和Flex-ATX主板没有ISA插槽)。
联想产品为了满足用户还在使用的老ISA产品,曾在SFX电源中增加了-5V输出。
目前,SFX规范的最新版本是SFX12V3.0版。
7.4电源连接器
每个电源都有与主板相连的连接器,向系统处理器、内存和所有的插卡(ISA、PCI、AGP、PCIExpress)提供电能。
另外,电源还有一些连接软驱、硬盘、光驱及内部机箱风扇等外部设备的连接器,这些连接器连接不当会对系统或部件造成毁灭性的结果。
下面详细说明各种电源所使用的电源连接器。
7.4.1AT主板电源连接器
标准的PC、XT、AT、Baby-AT和LPX主板都使用AT电源。
这些电源系统都具有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。
这两个连接器如图7-4所示。
图7-4AT主板电源连接器
所有使用P8/P9连接器的AT电源都要保证在安装时使两个电源线缆的黑色电线(地线)靠在一起。
值得注意的是,P8和P9的设计并没有完全标准化,只是因为IBM最初是使用这种设计,所以才推广开来。
因为这些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。
在连接连接器时应注意保证两个连接器之间和每一边的主板插针都接好了。
一个正确接好的连接器将连接并覆盖每个主板电源插座的插针——两个连接器中没有任何一个插针露在外
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