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PC电源规范发展回顾
PC电源规范发展回顾
2006-10-23 天极yesky
姑苏飘雪 前言:
PC电源是依照运算机相应的电源标准设计和生产的,在运算机高速进展的这十多年间,PC电源标准也跟着在不断地发生变化,以适应运算机高速进展的要求。
今天在那个地点,我们将简单对PC电源规范进展历程进行一个简单的回忆,期望能关心大伙儿对PC电源有个更进一步的了解。
一、什么叫开关电源(SwitchingPowerSupply)?
由于PC电源属于开关电源的范畴,因此在了解PC电源之前,大伙儿第一需要了解一下什么是开关电源。
我们都明白市电是220V/50Hz的交流电,而运算机系统中各配件使用的差不多上低压直流电,因此电源确实是运算机供电的主角,假如把电流比作血液,那么电源确实是运算机的心脏。
市电进入电源后,第一通过扼流线圈和电容滤除高频杂波和干扰信号,接下来通过整流和滤波得到高压直流电,然后进入电源最核心的部分—开关电路。
开关电路要紧负责将直流电转换为高频脉动直流电,再送高频开关变压器降压,然后滤除高频交流部分,如此才得到电脑需要的较为〝纯洁〞的低压直流电。
因为运算机电源最核心的部分是开关电路,因此运算机电源通常就被称为开关电源。
因此,开关电源通俗来说确实是电脑上的〝变压器〞,将交流电转变成既定的直流电源来供给电脑各部件使用。
只是,开关电源的工作方式与线性电源不一样:
它先把220V的交流变成了直流,然后通过变换器把直流变成交流,最后又把交流变成直流输出。
转变为高频交流电的缘故是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50Hz高专门多,因此开关变压器能够做的专门小,而且工作时不是专门热,假如不将50Hz变为高频那开关电源就没有意义!
而PC开关电源唯独的工作是提供PC所需要的功率。
二、PC电源的鼻祖—AT电源规范
AT电源属于PC电源的元老级人物,功率一样为150W—250W,共有四路输出(5V、12V)另向主板提供一个P.G(PowerGood)信号。
输出线为两个6芯插头和几个4芯的插头,两个6芯插座给主板供电。
AT电源采纳切断的方式关机,也确实是〝硬关机〞。
在ATX电源未显现之前,从286到586运算机由AT电源一统江湖。
目前AT电源差不多退出了市场,即便是在旧电脑市场也差不多专门难看到其身影。
三、AT电源规格的进化—ATX电源规范
ATX规范是1995年Intel公司制定的新的主机板结构标准,是英文(ATExtend)的缩写,能够翻译为AT扩展标准,而ATX电源确实是依照这一规格设计的电源。
与AT电源相比,ATX电源外形尺寸并没有多大变化,其与AT电源最显著的区别是,前者取消了传统的市电开关,依靠+5VSB、PS-ON操纵信号的组合来实现电源的开启和关闭。
ATX类电源总共有六路输出,分别是+5V、-5V、+12V、-12V、+3.3V及+5Vsb。
+5VSB是供主机系统在ATX待机状态时的电源,以及开闭自动治理和远程唤醒通讯联络相关电路的工作电源,在待机及受控启动状态下,其输出电压均为5V高电平,使用紫色线由ATX插头9脚引出。
PS-ON为主机启闭电源或网络运算机远程唤醒电源的操纵信号,不同型号的ATX开关电源,待机时电压值为3V、3.6V、4.6V各不相同。
ATX电源最主要的特点确实是,它不采纳传统的市电开关来操纵电源是否工作,而是采纳〝+5VSB、PS-ON〞的组合来实现电源的开启和关闭,只要操纵〝PS-ON〞信号电平的变化,就能操纵电源的开启和关闭。
电源中的S-ON操纵电路同意PS-ON信号的操纵,当〝PS-ON〞小于1V伏时开启电源,大于4.5伏时关闭电源。
主机箱面上的触发按钮开关(非锁定开关)操纵主板的〝电源监控部件〞的输出状态,同时也可用程序来操纵〝电源监控件〞的输出:
比如在WINXP平台下,发出关机指令,使〝PS-ON〞变为+5V,ATX电源就自动关闭。
关机时PW-OK输出信号比ATX开关电源+5V输出电压提早几百毫秒消失,通知主机触发系统在电源断电前自动关闭,防止突然掉电时硬盘磁头来不及移至着陆区而划伤硬盘。
目前市场上的ATX电源,不管是品牌电源依旧杂牌电源,从电路原理上来看,一样差不多上在AT电源的基础上做了适当的改动进展而来的,因此,我们买到的ATX电源,在电路原理上一样都大同小异。
此公布以来,ATX电源规范经历了ATX1.0、ATX1.1、ATX2.0、ATX2.01、ATX2.02、ATX2.03和ATX12V等时期,目前市面上的电源多遵循ATX2.03或更新的ATX12V标准。
1、ATX1.1与ATX2.0标准的区别
对ATX电源内部的风路进行了调整,将原先面向机箱内送气的风扇改为向机箱外排气。
对PS_ON#、PWR_OK信号和+5VSB电源规格进行了补充,对+3.3VDC端电压变动的范畴和软电源操纵信号进行了重新定义。
加入可选择的风扇辅助电源、风扇监控、IEEE1394电压和3.3V遥控电压等标准。
对电源内部配线颜色的定义进行了补充。
2、ATX2.00与ATX2.01标准的区别
对机箱和主板的I/O接口的定义进行了修正和补充。
将+5VSB输出电流由原先的10mA增加到720mA,改善了主板唤醒设备的能力,提高了兼容性。
3、ATX2.01与ATX2.02标准的区别
针对250—300W以上的电源加入了新的辅助电源连接器(一种6芯连接器,采纳类似AT主板上使用的电源连接器)。
并对技术白皮书的内容进行了修改和补充,说明了电源启动时PS_ON、PWR_OK与相关电压的变化关系,并明确了IEEE1394R通道的电源定义。
依照Intel关于ATX电压供应设计手册(0.9版)的规定对原先技术白皮书中的两处错误进行了修正,将原先-5VDC和-12VDC的电压波动范围由原先的±5%修改为±10%。
4、ATX2.02与ATX2.03标准的区别
其中ATX2.03标准采纳+5V和+3.3V电压,分别为功耗较大的处理器及显卡直截了当提供所需的电压。
而单独的+12V输出那么要紧应用在硬盘和光驱设备上,因为当时处理器和显卡的功耗都相对较低,因此各部件相安无事。
但P4处理器的推出改变了这一切。
由于它的功耗较高,使用符合ATX2.03规范的产品时,+5V的电压全然不能提供足够的电流。
基于此,Intel对ATX标准进行了修订,推出了ATX12V1.0规范。
5、ATX12V标准
它与ATX2.03的要紧差别是改用+12V电压为CPU供电,而不再使用之前的+5V电压。
如此加强了+12V输出电压,将获得比+5V电压大许多的高负载性,以此解决P4处理器的高功耗问题。
其中最显眼的变化是首次为CPU增加了单独的4Pin电源接口,利用+12V的输出电压单独向P4处理器供电。
此外,ATX12V1.0规范还对涌浪电流峰值、滤波电容的容量、爱护电路等做出了相应规定,确保了电源的稳固性。
只是,随着吞电怪兽PrescottCPU的显现,系统对12V的输出电流有了更高的要求,而且线材的承担能力有限,这就对为CPU供电的+12V输出电流提出了更高的要求,因此电源也从ATX12V1.0、ATX12V1.1、ATX12V1.2版升、ATX12V1.3版本、ATX12V2.0版本及最新的ATX12V2.2版本。
其中改动比较大的是ATX12V1.3版本、ATX12V2.0版本及ATX12V2.2版本。
ATX12V1.3版本
ATX12V1.3版本要紧是增强了12V供电,同时增加了对SATA硬盘的供电接口,提高了电源的转换效率。
尽管以目前的电源技术,+12V单路输出完全能够做到更高,但会导致其输出线材存在较大的安全隐患,同时也会有较大的线路损耗,为此Intel专门限制了单路+12V输出不得大于240VA。
此外,ATX12V1.3还取消了-5V那个电压的供给。
本来-5V的电压是给ISA插槽使用的,然而随着ISA插槽的剔除,-5V电压差不多早就用不上了,因此ATX12V规范中差不多正式取消了那个-5V电压的供给,因此一些较为新型的电源就全然没有那个电压的输出。
同时,在ATX12V1.3规格中,满载时电源效率从68%提高到了70%。
只是,随着PCI-E设备的显现,系统功耗再次攀升,对+12VDC的需求连续增大。
尽管ATX12V1.3的+12V单路输出完全能够做到更高,但会导致其输出线材存在较大的安全隐患,同时也会有较大的线路损耗,为此Intel专门限制了单路+12V输出不得大于240VA。
在不改动ATX电源输出规范的情形下,传统的ATX12V1.3电源差不多不能通过改动内部设计来满足所有硬件对+12V的需求,因此规格更高的ATX12V2.0规范应运而生。
ATX12V2.0版本
与ATX12V1.3版本相比,ATX12V2.0版本最是明显的改进确实是+12V增加了一路单独的输出,即采纳了双路输出,其中一路+12V(称为+12V1)专门为CPU供电,而另一路+12V2那么为其它设备供电。
一个运算机的开关电源,+12VDC的输出假如是22A的话,这在安全方面是不承诺的,FCC(美国联邦通讯委员会)在这方面作出了专门明确的规定,运算机电源的任何一路直流电压输出不承诺超过240VA,举例说明为假如某一路输出电压为40V,那么这一路电流最多为240VA除以40V等于6A,在电流达到6A之前,电源应该进入到过流爱护状态或者关机。
而Intel期望的+12VDC输出要求达到22A,这差不多超出了FCC对安全的要求,差不多能够达到+12V×22A=264VA,差不多远远大于了240VA的要求。
这在安全方面是不承诺的。
在这种技术背景下,Intel将ATX12V2.0版的+12VDC分成了+12V1DC和+12V2DC。
+12V1DC通过电源的主接口(12×2)给主板及PCI-E显卡供电,以满足PCIExpressX16和DDR2内存的需要;而+12V2DC通过(2×2)的接口专门为PrescottCPU供电。
如此设计,就能够将240VA安全的问题科学解决。
在实际上,主板上的+12V1DC和+12V2DC在布线上也是完全分开的。
ATX12V2.0规范还有一些不太明显的改变,例如输出负载差不多能够满足最新硬件上的需求,追加第二个+12伏特接头给处理器使用,让其余的12伏特供给可不能因处理器突然加载而产生不稳固。
由于采纳双路12V输出,因此主电源接口也从原先的20Pin改为24Pin输出。
尽管专门多厂商提供旧版本电源加上24pin的主板转接头,以替代研发ATX12V2.0版本的电源,尽管在使用上还没发生大问题,但仅是一时的替代方案,无法完全取代正版的ATX12VV2.0电源,因为如此的作法存在以下缺点:
一是无法改善+12V不足的现象,不能满足新系统对+12V输出增加的强烈需求,专门是ATX12VV1.3往常旧版低瓦特数的电源规格,+12V严峻不足,在旧版本电源加上24pin的主板转接头,只是自欺欺人的手法。
二是转接头会造成的压降问题。
因为+12V输出需求大,假设再加上转接线材设计不良,将形成严峻的压降问题,阻碍供电质量。
尽管新增一些不同接头,只是,使用转接线或专门的20或24针ATX接头,其仍旧和旧规格能够兼容,重要的是当你的旧有电源供给器损坏后,你能够安全的用2.01规格的电源供给器来取代,保证能够正常使用。
在输出接口方面,ATX12V2.0另一个新的改变确实是SATA硬盘机的电源接头,这原本包含在ATX1.3标准上,现在差不多不复需要了,这意味着转换接头的时代差不多终止了,他们差不多验证大多数的应用,专门在要紧的硬盘机上,如何说ATX标准并可不能去限定有多少的接头需要放上去。
除此以外,IntelATX12V2.0版本还有一个重要就改进之处,那确实是转换效率增加了。
由于电源在工作中,有部分电能转换成热量损耗掉了,因此,电源必须尽量减少热量的损耗。
转换效率确实是输出功率除以输入功率的百分比。
1.3版电源要求满载下最小转换效率为68%。
2.0版更是将举荐转换效率提高到了80%。
尽管功率因数和转换效率差不多上指电源的利用率,但区别却专门大。
简单地说,功率因数产生的损耗是电力部门负担,而转换效率的损耗是用户自己负担。
功率因数、EMI电路等差不多上对国家电网的爱护。
也确实是说电源转换供电,效率并没有100%应用,而是一部分转换为热量。
如V1.3版电源效率只达到68%,那也确实是说有32%的电能转换成了热能。
为了防止热量的集合阻碍到电脑的正常运行我们就要把热量散开,就也是就我们什么缘故装风扇的缘故。
ATX12V2.0标准在峰值及一样负载下能够到达70%,在低负载下也有60%的成绩,建议的效率数值能够分别在峰值、一样及低负载下到达75%、80%及68%(所谓一样负载是指满载输出值的一半,而低载是满载输出值的20%)。
只是小看这些被转为热能的功耗,对400W功率模块而言,可就白费掉一大笔的电能,而不是奉献给运算机而耗掉,假如你使用效率更差的电源,事实上也常见,你应该能够从你的电费上的账单看到惨痛的代价,你只要简单的去用好的电源,或许一开始花多一点钱,然而这对日后节约的钱一定会有专门大的奉献,专门对需要让电脑一整天都开机的人而言,更是如此。
依照自己系统平台的进展,在ATX12V2.0规范中Intel举荐了四种电源规格,分别为ATX12V2.0版250W,ATX12V2.0版300W,ATX12V2.0版350W和ATX12V2.0版400W,这四个级别的电源中对+12VDC的输出要求至少也要达到22A。
值得注意的是,并不是所有主板都支持ATX12V2.0电源---这种电源须搭配符合ATX12V2.0规范的主板比如LGA775和SocketAM2主板才适用。
ATX12v2.0版规范功率对比表+12V1+12V2+5V+3.3V实际功率8a14a18a17a250W8a14a20a20a300W10a15a21a22a350W14a15a28a30a400W
只是,ATX规格并没有在ATX12V2.0规范就止步不前了。
相伴65纳米双核心处理器的推出,制造工艺也差不多成功进入了新的时期,并将成为今年的主旋律。
在处理器规格作出重大变革的时候,Intel为其双核心处理器制定的全新的ATX12V2.2PC电源规范。
ATX12V2.2版本
ATX12V2.2属于最新的ATX电源标准,相对ATX12V2.0来说,改进并不大。
它仍沿用了2.0规范中的双路12V输出设计,只是在2.0规范的基础上进行了修改以及强化。
其中最突出的进行了以下两点改进。
第一,为了给双核的高端平台提供强劲供电,Intel在ATX12V2.2规范中加入450W的输出规范也是情非得以。
这是因为目前双核心处理器功耗的增加、多显卡技术以及RAID等技术的普及,关于高端系统平台来说,一款大功率的电源差不多成为必不可缺少的要素!
在上面的负载交叉图上,我们能够看到Intel规范中所提及的450W电源,双路12V的最大联合输出功率已高达到400W,完全能够应对当前的高端双核平台。
其次在新的ATX12V2.2规范中对,对电源的转换效率有了更高的标准。
目前对ATX12V2.280%转换效率的举荐(非强制)要求。
而我国却相对落后,目前CCC要求是65%。
准系统电源,ATX电源中的另类者!
准系统电源从原理上来说仍属于ATX电源的范畴,只只是因为受机箱空间的制约,准系统厂商不得不将动手术的对象转移到电源。
明显,体积庞大的ATX电源无法连续使用,准系统厂商必须依照自身需求对电源进行定制,一样是采纳直截了当缩小尺寸、降低空间占用来对电源进行瘦身处理器。
但由于各类准系统外形并不相同,内部空间的布局也相差甚远,各准系统厂商必须依照自身情形独自设计,如此让它能够专门好地利用周围的空间,如此准系统便能够实现薄小的体积。
因此,时至今日准系统电源仍没有一个标准的,因此这种专门性所带来的问题也是显而易见的,那确实是准系统电源的功率低,往往只在200—250W左右,而且用户升级电源的机会几乎是微乎其微。
因此,准系统厂商往往针依照AMD或Intel平台来定制电源的功率,以期能最大满足用户升级或增加配件所带来的功率需求,最常见的手法是加强对某一线路的补偿输出。
尽管在ATX规范中都规定了每一线路输出的标准。
只是,ATX电源的各路输出不可能同时达到标称的最大输出电量。
由于目前处理器功耗较高,英特尔差不多改+12V为CPU供电,因此+12V端的负载较重,会导致+12V的下跌。
而AMD的CPU往常普遍+5V取电,电源的补偿电路自动对+5V进行补偿,结果会导致+12V的升高(现在AMD新一代CPU也从+12V取电了)。
相信有些朋友在升级系统后依旧使用往常的电源就会发觉电源与新系统并不兼容,要紧缘故确实是早期的电源5V的带载能力强,而12V带载能力相对薄弱。
相对来说,电压偏高比电压偏低更具有危险性,电压偏低至多引起电脑工作的不正常,而电压偏高那么可能烧毁硬件。
针对系统对5V,12V负载能力要求增大时,如何才能实现这两路电压负载变化而电压又不相互阻碍调整呢?
为了保证输出电压的稳固,ATX电源内部设计了一套补偿电路,能够依照输出电压下跌的幅度自动进行补偿来抵消输出电压的下降,但通常ATX电源并没有为每一路输出电压提供单独的稳压电路,而是同时补偿,比如+5V和+12V中的+5V因为负载太大而导致输出电压开始下降,电源会同时增加这两路的输出电压,并可不能单独对+5V进行操纵,其结果必定导致+12V的输出电压过渡补偿而超过额定的电压,当电源设计欠佳或输出功率不足时这种特有的现象就更加明显!
针对以上问题,目前许多准系统电源都采纳磁放大技术用可改善电源输出电压的稳固性,往往将3.3V与5V、12V的稳压电路独立开来-----将5V稳压电路同样使用磁放大器电路从5V和12V共同组成的稳压电路中分离开,如此意味着5V,12V也就可独立进行电压调整—这也确实是所谓的三路独立输出电源。
(注:
即使不采纳三路独立输出方式,比较好电源对+5V和+12V的输出都有采取了一定的爱护,当电压上升到危险的程度,电源将关断输出。
电源输出的正电压,合理的波动范畴在-5%—+5%之内,而负电压的合理波动范畴在-10%—+10%)
此外,准系统的电源大多数全把第一道EMI滤波电路省了,抑制输入端的高频干扰,以及PWM自身产生的高频干扰的能力也要逊色于标准的ATX电源。
因此,有部分苛求〝小〞的厂商(如艾葳(Iwill)、浩鑫)干脆效仿笔记本电脑,将电源改为外置设计,准系统主机内只提供一个输入接口和必要的连接线路。
因此,关于此类系统,你几乎不要再抱升级的幻想!
四、BTX电源规范,最短命的电源标准?
BTX的英文全称是〝BalancedTechnologyExtended〞,中文意思是平稳技术延伸,这是一种新型主板架构规范,旨在借助用于构建创新台式电脑系统的标准来建立一个灵活的通用基础。
系统需要拥有最新的性能技术才能满足用户不断提高的散热、能耗、结构、音响、以及电磁兼容性等方面的要求。
BTX规范为开发者提供了新的工具和设计空间,以支持其设计台式电脑系统,不论是小巧紧凑的系统,依旧大型的可扩充系统。
相对结构变化,BTX的电源供给的变化就没有那么大了。
BTX电源兼容了ATX技术,其工作原理与内部结构差不多相同,输出标准与目前的ATX12V2.0规范一样,也是象ATX12V2.0规范一样采纳24pin接头。
BTX电源要紧是在原ATX规范的基础之上衍生出ATX12V、CFX12V、LFX12V几种电源规格。
其中ATX12V是既有规格,之因此如此是因为ATX12V2.0版电源能够直截了当用于标准BTX机箱。
长城推出的BTX电源:
BTX-400SEL-P4
CFX12V:
2003年10月公布,适用于系统总容量在10-15升的机箱;这中电源与往常的电源尽管在技术上没有变化,但为了适应尺寸的要求,采用了不规那么的外型。
目前定义了220W、240W、275W三种规格。
其中,275W的电源采纳相互独立的双路+12V输出。
从上图我们能够看到,CFX的外型实际上是ATX挖了一块48.4*46mm的区域。
整个宽度和高度依旧150*86mm长度从140mm减少到95mm。
尺寸的减小,带来了设计上的困难,专门是散热问题是个关键。
而LFX12V那么适用于系统容量6-9升的机箱。
目前有180W和200W两种规格。
下面是LFX12V电源的Profile图,尽管LFX12V标准是2004年4月才正式公布,但目前还专门难见到有正式的产品出来。
除了负载分配外,效率的要求也进一步提高。
与以往的效率规范不同,那个地点提出了一个强制标准和一个举荐标准。
标准满载效率典型负载效率轻载效率强制最小效率70%70%60%举荐最小效率75%80%67%
只是,由于BTX电源相对ATX改进并不大,专门是ATX12V2.2规范的显现,让BTX规格的进展蒙上了一层阴影。
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