| 計(jì)算機(jī)電源的輸入為高壓交流市電，要求輸出為高穩(wěn)定性低壓直流。目前的常見產(chǎn)品主要采用脈沖變壓器耦合型開關(guān)穩(wěn)壓電源，主要的轉(zhuǎn)換過(guò)程為： 高壓市頻交流-（整流、濾波）>高壓直流-（調(diào)制）>高壓高頻交流-（變壓）>低壓高頻交流-（整流、濾波）>低壓直流 由輸入端算起，分為交流抗干擾電路、功率因數(shù)校正電路、高壓整流濾波電路、開關(guān)電路、低壓整流濾波電路5個(gè)主要部分。 交流抗干擾電路 為避免電網(wǎng)中的各種干擾信號(hào)影響高頻率、高精度的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，防止電源開關(guān)電路形成高頻擾竄，影響電網(wǎng)中的其他電器等；各種電磁、安規(guī)認(rèn)證都要求開關(guān)電源配有抗干擾電路。 主要結(jié)構(gòu)為П型共模、差模濾波電路，由差模扼流電感、差模濾波電容、共模扼流電感、共模濾波電容組成；一般應(yīng)有兩級(jí)，分別在交流電源線插座與電路版輸入端。 功率因數(shù)校正電路 開關(guān)電源傳統(tǒng)的橋式整流、電容濾波電路令整體負(fù)載表現(xiàn)為容性，且使交流輸入電流產(chǎn)生嚴(yán)重的波形畸變，向電網(wǎng)注入大量的高次諧波，功率因數(shù)僅有0.6左右，對(duì)電網(wǎng)和其他電氣設(shè)備造成嚴(yán)重的諧波污染與干擾。因此，我國(guó)在2003年開始實(shí)施的CCC中明確要求計(jì)算機(jī)電源產(chǎn)品帶有功率因數(shù)校正器（Power Factor Corrector，即PFC），功率因數(shù)達(dá)到0.7以上。 PFC電路分為主動(dòng)式（有源）與被動(dòng)式（無(wú)源）兩種： 主動(dòng)式PFC本身就相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)電源，通過(guò)控制芯片驅(qū)動(dòng)開關(guān)管對(duì)輸入電流進(jìn)行"調(diào)制"，令其與電壓盡量同步，功率因數(shù)接近于1；同時(shí)，主動(dòng)式PFC控制芯片還能夠提供輔助供電，驅(qū)動(dòng)電源內(nèi)部其他芯片以及負(fù)擔(dān)+5VSB輸出。主動(dòng)式PFC功率因數(shù)高、+5VSB輸出紋波頻率高、幅度小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，僅在一些高端電源中使用。目前采用主動(dòng)式PFC的計(jì)算機(jī)電源一般采用Boost converter（即升壓轉(zhuǎn)換器）式設(shè)計(jì)，電路原理圖如下： 被動(dòng)式PFC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只是針對(duì)電源的整體負(fù)載特性表現(xiàn)，在交流輸入端，抗干擾電路之后串接了一個(gè)"大號(hào)"電感，強(qiáng)制平衡電源的整體負(fù)載特性。被動(dòng)式PFC采用的電感只需適應(yīng)50～60Hz的市電頻率，帶有工頻變壓器常用的硅鋼片鐵芯，而非高頻率開關(guān)變壓器所采用的鐵氧體磁芯，從外觀上非常容易分辨。被動(dòng)式PFC效果較主動(dòng)式PFC有一定差距，功率因數(shù)一般為0.8左右；但成本低廉，且無(wú)需對(duì)原有產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行大幅度修改就可以符合CCC要求，是目前主流電源通常采取的方式。  高壓整流濾波電路 目前的各種開關(guān)電源高壓整流基本都采用全橋式二極管整流，將輸入的正弦交流電反向電壓翻轉(zhuǎn)，輸出連續(xù)波峰的"類直流"，再經(jīng)過(guò)電容的濾波，就得到了約300V的"高壓直流"。 開關(guān)電路 開關(guān)電源的核心部分，主要由精密電壓比較芯片、PWM芯片、開關(guān)管、驅(qū)動(dòng)變壓器、主開關(guān)變壓器組成。精密電壓比較芯片將直流輸出部分的反饋電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，PWM芯片根據(jù)比較結(jié)果通過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器調(diào)整開關(guān)管的占空比，進(jìn)而控制主開關(guān)變壓器輸出給直流部分的能量，實(shí)現(xiàn)"穩(wěn)壓"輸出。使用驅(qū)動(dòng)變壓器的目的是為了隔離高壓（300V）區(qū)與低壓區(qū)（最高12V），避免開關(guān)管擊穿后高壓電可能對(duì)低壓設(shè)備造成的危害，也令PWM芯片無(wú)需接觸高壓信號(hào)，降低了對(duì)元件規(guī)格的要求。 脈沖變壓器耦合型開關(guān)穩(wěn)壓電源主要的直流（高壓到低壓）轉(zhuǎn)換方式有5種，其中適合作為計(jì)算機(jī)電源使用的主要為推挽式與半橋式，而推挽式多用于小型機(jī)、UPS等，我們常見的電源產(chǎn)品則基本都采用半橋式變換。近年由于半導(dǎo)體元件加工工藝的進(jìn)步，也有少數(shù)產(chǎn)品采用了原本受到功率限制無(wú)法使用在個(gè)人計(jì)算機(jī)或服務(wù)器上的單端正激式變換方式，本次測(cè)試中的航嘉-寬幅王就是一例。 低壓整流濾波電路 經(jīng)過(guò)調(diào)制的高壓直流成為了低壓高頻交流，需要經(jīng)過(guò)再次整流濾波才能得到希望的穩(wěn)定低壓直流輸出。整流手段與高壓整流類似，仍是利用二極管的單向?qū)ㄐ再|(zhì)，將反向波形翻轉(zhuǎn)。為了保證濾波后波形的完整性，要求互相配合實(shí)現(xiàn)360°的導(dǎo)通，因此一般采用快速恢復(fù)二極管（主要用于+12V整流）或肖特基二極管（主要用于+5V、+3.3V整流）。濾波仍是采用典型的扼流電感配合濾波電容，不過(guò)此處的電感不僅為了扼制突變電流，更為重要的作用是像高壓濾波部分的電容一樣作為儲(chǔ)能元件，為輸出端提供連續(xù)的能量供應(yīng)。實(shí)際產(chǎn)品中高壓整流濾波電路、開關(guān)電路、低壓整流濾波電路是一個(gè)整體，雖然原理與前述基本相同，但元件個(gè)數(shù)、分布方式會(huì)有很大變化。例如采用半橋式電壓變換的電源就有兩個(gè)高壓濾波電容，每一路直流輸出對(duì)應(yīng)兩個(gè)整流管，各負(fù)責(zé)半個(gè)周期的輸出；而采用單端正激式電壓變換的電源則只有一個(gè)高壓濾波電容，每一路直流輸出對(duì)應(yīng)兩個(gè)整流管，工作時(shí)間按照開關(guān)管占空比分配。 其他較為重要的部分還有輔助供電電路與保護(hù)電路：輔助供電電路 一個(gè)小功率的開關(guān)電源，交流輸入接通后即開始工作。300V直流電被輔助供電開關(guān)管調(diào)制成為脈沖電流，通過(guò)輔助供電變壓器輸出二路交流電壓。一路經(jīng)整流、三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，輸出為+5VSB，供主板待機(jī)所用；另一路經(jīng)整流濾波，輸出輔助+12V電源，供給電源內(nèi)部的PWM等芯片工作。 主動(dòng)式PFC具有輔助供電的功能，可以提供+5VSB及電源內(nèi)部芯片所需電壓；故采用主動(dòng)式PFC的電源可以省略掉輔助供電部分，只使用兩個(gè)開關(guān)變壓器。 保護(hù)電路 電源產(chǎn)品具有的主要保護(hù)措施有7種： 1、輸入端過(guò)壓保護(hù)：通過(guò)耐壓值為270V的壓敏電阻實(shí)現(xiàn)；  2、輸入端過(guò)流保護(hù)：通過(guò)保險(xiǎn)絲；  3、輸出端過(guò)流保護(hù)：通過(guò)導(dǎo)線反饋，驅(qū)動(dòng)變壓器就會(huì)相應(yīng)動(dòng)作，關(guān)斷電源的輸出；  4、輸出端過(guò)壓保護(hù)：當(dāng)比較器檢測(cè)到的輸出電壓與穩(wěn)壓管兩端的基準(zhǔn)電壓偏差較大時(shí)，就會(huì)對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整；  5、輸出端過(guò)載保護(hù)：過(guò)載保護(hù)的機(jī)理與過(guò)流保護(hù)一樣，也是通過(guò)控制電路和驅(qū)動(dòng)變壓器進(jìn)行的； 6、輸出端短路保護(hù)：輸出端短路時(shí)，比較器會(huì)偵測(cè)到電流的變化，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器、關(guān)斷開關(guān)管的輸出； 7、溫度控制：通過(guò)溫度探頭檢測(cè)電源內(nèi)部溫度，并智能調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，對(duì)電源內(nèi)部溫度進(jìn)行控制；  了解了開關(guān)電源的工作原理，我們?cè)賮?lái)看看計(jì)算機(jī)高速發(fā)展的這十余年間，電源又走過(guò)了怎樣的歷程？ PC/XT——IBM最先推出個(gè)人PC/XT機(jī)時(shí)制定的標(biāo)準(zhǔn)； AT——也是由IBM早期推出PC/AT機(jī)時(shí)所提出的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)時(shí)能夠提供192W的電力供應(yīng)； ATX——Intel公司于1995年提出的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，與AT比較主要變化為：1、取消了AT電源上必備的電源開關(guān)而交由主板進(jìn)行電源開關(guān)的控制，增加了一個(gè)待機(jī)電路為電源主電路和主板提供電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電源喚醒等功能；2、ATX電源首次引進(jìn)了+3.3V的電壓輸出端，與主板的連接接口上也有了明顯的改進(jìn)； ATX 12V——支持P4的ATX標(biāo)準(zhǔn)，是目前的主流標(biāo)準(zhǔn)；ATX12V_1.1：在ATX的基礎(chǔ)之上增加了4pin的+12V輔助供電線（P10）為P4處理器供電，改變了各路輸出功率分配方式，增強(qiáng)+12V負(fù)載能力； ATX12V_1.3：提高了電源效率，增加了對(duì)SATA的支持。去掉了-5V輸出，增加了+12V的輸出能力；ATX12V_2.0：尚未有產(chǎn)品實(shí)施的最新規(guī)范；電源連接器由20針改為24針，以支持75W的PCI Express總線，同時(shí)取消輔助電源接口；提供另一路+12V輸出，直接為4Pin接口供電；WTX——ATX電源的加強(qiáng)版本；尺寸上比ATX電源大，供電能力也比比ATX電源強(qiáng)，常用于服務(wù)器和大型電腦；BTX——現(xiàn)有架構(gòu)的終 結(jié)者；電源輸出要求、接口等支持ATX12V、 ATX電源各路輸出功能說(shuō)明： +5V ：傳統(tǒng)的半導(dǎo)體電路供電，驅(qū)動(dòng)各種驅(qū)動(dòng)器的控制電路、主板連接設(shè)備、USB外設(shè)等，為Socket370及部分Socket-A CPU供電，近兩年又增加了為高端顯卡供電的用途。因此，在不使用+12V為CPU供電的系統(tǒng)中是負(fù)載最重的一路輸出。 +12V：傳統(tǒng)的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)供電，新興的CPU供電——驅(qū)動(dòng)各種驅(qū)動(dòng)器的電機(jī)、散熱風(fēng)扇，部分主板連接設(shè)備等。從P4系統(tǒng)開始，由于CPU功耗增大，對(duì)供電的要求提高，而增加了4Pin插頭提供+12V電壓給主板，經(jīng)變換后為CPU供電；后來(lái)鑒于Athlon XP和新Duron CPU的功耗同樣不容小覷，部分Socket A主板也采用了這種+12V輔助供電的設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)器較多的系統(tǒng)中，開機(jī)時(shí)各驅(qū)動(dòng)器電機(jī)同步啟動(dòng)，+12V會(huì)出現(xiàn)較大的峰值電流，對(duì)電源提出了特別的要求——能夠瞬時(shí)間承受較大的電流而保證輸出電壓穩(wěn)定。因此，Intel ATX/ATX12V標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)+12V還規(guī)定了一個(gè)較最大電流高約20%的"峰值電流（Peak Current）"。 +3.3V ：傳統(tǒng)的信號(hào)電壓，新興的芯片供電——經(jīng)主板變換后驅(qū)動(dòng)芯片組、內(nèi)存等，驅(qū)動(dòng)主板連接設(shè)備、SATA驅(qū)動(dòng)器的部分控制電路等。由于目前應(yīng)由+3.3V供電的設(shè)備中功率最大的中高端顯卡多采用外接+5V輔助供電，+3.3V的負(fù)載一般較輕，但逐漸普及的SATA設(shè)備、新發(fā)布的PCI 3.0標(biāo)準(zhǔn)、Intel的ATX/ATX12V 1.3版規(guī)范無(wú)不表明+3.3V負(fù)載的增加乃大勢(shì)所趨。 +5VSB ：即+5V Standby，是在系統(tǒng)關(guān)閉后保留的待機(jī)電壓，用于對(duì)系統(tǒng)喚醒的支持。+5VSB采用一個(gè)單獨(dú)的變換電路，只要輸入正常且電源開關(guān)閉合，+5VSB就處在工作狀態(tài)，可驅(qū)動(dòng)待機(jī)負(fù)載。最初的ATX 1.0標(biāo)準(zhǔn)只要求+5VSB電流達(dá)到0.1A，但隨著CPU和主板功耗的提高，0.1A已經(jīng)無(wú)法滿足系統(tǒng)要求，因此現(xiàn)在的ATX 2.1標(biāo)準(zhǔn)中要求+5VSB電流可達(dá)到2A。 -5V ：主要用于驅(qū)動(dòng)某些ISA板卡電路，極少用到，輸出電流通常小于1A。 -12V：由于某些串口的放大電路需要用到+12V和-12V，但電流要求并不高，因此-12V輸出電流通常小于1A。 目前的大體趨勢(shì)為：將+5V的負(fù)載逐漸分擔(dān)給+12V與+3.3V，減少功耗與損耗的同時(shí)平衡各路的負(fù)載分配，延長(zhǎng)目前ATX電源設(shè)計(jì)方式的"壽命"。 ATX電源的知識(shí)及使用 本文作者：陳忠民 電源在PC的價(jià)格構(gòu)成中僅占很小的比例，卻關(guān)乎機(jī)器的運(yùn)行質(zhì)量和壽命。品牌機(jī)為了確保產(chǎn)品質(zhì)量，都非常重視電源的配置。那么DIY一臺(tái)PC，應(yīng)該如何選擇電源，又如何排除使用中所出現(xiàn)的各種問(wèn)題呢？ ATX電源的質(zhì)量指標(biāo) ATX電源的生產(chǎn)廠家不同，性能上會(huì)有很大的差異。劣質(zhì)電源是PC的災(zāi)難，DIYer在選擇時(shí)可要睜大眼睛。 1.功率 典型的多媒體微機(jī)主機(jī)的實(shí)際功率不足100W。不過(guò)通常需要為整機(jī)保留一定的余量，這樣做的目的一是為了滿足日后添加新設(shè)備之需，二是因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)啟動(dòng)時(shí)需要的功率比平時(shí)要大一些。因此，真正200W的電源就能滿足要求了。 一般來(lái)說(shuō)，電源的型號(hào)和它本身的真實(shí)功率生產(chǎn)廠家是很清楚的，但普通消費(fèi)者在買電源時(shí)不要想當(dāng)然地為型號(hào)后面的數(shù)字所迷惑。例如有人以為YH-2503C型電源的功率是250W，但實(shí)際上是200W，而不是250W。還應(yīng)注意功率指標(biāo)名稱上的差別，有"平均功率"、"最大功率"、"額定功率"多種說(shuō)法，看清楚具體是哪一種。 2.輸出電壓穩(wěn)定性 ATX電源的另一個(gè)重要參數(shù)是輸出電壓的誤差范圍，通常對(duì)+5V、+3.3V和+12V電壓的誤差率要求為5%以下，對(duì)-5V和-12V電壓的誤差率要求為10%以下。輸出電壓不穩(wěn)定，或紋波系數(shù)大，是導(dǎo)致系統(tǒng)故障和硬件損壞的罪魁禍?zhǔn)住?nbsp;ATX電源的主電源基于脈寬調(diào)制（PWM）原理，其中的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，因此又稱為開關(guān)電源。這種電源的電路結(jié)構(gòu)決定了其穩(wěn)壓范圍寬的特點(diǎn)。一般地，市電電壓為220±20%波動(dòng)時(shí)，電源都能夠滿足上述要求?！ 】蓪⑹须娡ㄟ^(guò)調(diào)壓器接到開關(guān)電源輸入端，在輸出端所接假負(fù)載不變的情況下，調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出電壓在180V至260V之間變化，對(duì)電源輸出電壓進(jìn)行測(cè)量。正常情況下，輸出端±5V電源變化應(yīng)在±0．2V以內(nèi)，±12V電源變化不應(yīng)超過(guò)±0．5V。 3．紋波電壓 紋波電壓是指電源輸出的各路直流電壓中的交流成分。作為計(jì)算機(jī)的供電電源，對(duì)其輸出電壓的紋波有較高的要求。紋波電壓的大小，可以使用數(shù)字萬(wàn)用表的交流電壓檔很方便地測(cè)出，測(cè)出的數(shù)值應(yīng)在0．5V以下。 4．可靠性 衡量一臺(tái)設(shè)備可靠性的指標(biāo)，一般采用MTBF（Mean Time Between Falure，平均故障間隔時(shí)間），單位為"小時(shí)"。電源設(shè)備工作可靠性，參照品牌PC的相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其MTBF應(yīng)不小于5000小時(shí)。 一些商家為了節(jié)約成本，將構(gòu)成EMI濾波器的所有元件都省去了，平滑濾波器的電容容量和耐壓不足，元器件在裝配之前也沒(méi)有經(jīng)過(guò)必要的篩選程序，電路制作工藝粗糙，以致電源產(chǎn)品故障率很高。 常年持續(xù)工作的場(chǎng)合所使用的服務(wù)器或工作站，除了要選擇高穩(wěn)定性、高可靠性的電源之外，還應(yīng)采用具有熱插拔特性的電源，以實(shí)現(xiàn)不停機(jī)維修。 5．安全和質(zhì)量認(rèn)證 為了確保電源使用中的可靠性和安全性，每個(gè)國(guó)家或地區(qū)都根據(jù)自己各自不同的地理狀況和電網(wǎng)環(huán)境制定了不同的安全標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)的認(rèn)證規(guī)格越多，說(shuō)明電源的質(zhì)量和安全性越高?，F(xiàn)在電源的安全認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)主要有FCC、UL、CSA、GS和CCEE認(rèn)證等。電源產(chǎn)品至少應(yīng)具有這些認(rèn)證標(biāo)志之一，有了這些認(rèn)證標(biāo)志的產(chǎn)品，算是可以信得過(guò)的。 中國(guó)電工產(chǎn)品安全認(rèn)證委員會(huì)（簡(jiǎn)稱CCEE）是我國(guó)唯一的電工產(chǎn)品安全認(rèn)證機(jī)構(gòu)。CCEE認(rèn)證是電工產(chǎn)品的強(qiáng)制性認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，即凡是在我國(guó)市場(chǎng)上銷售的電子產(chǎn)品都必須被強(qiáng)制通過(guò)這一認(rèn)證。CCEE認(rèn)證為白底綠色圖案，由代表中國(guó)和長(zhǎng)城的符號(hào)組成，所以CCEE認(rèn)證又被稱為長(zhǎng)城認(rèn)證。凡經(jīng)過(guò)認(rèn)證的產(chǎn)品，都可以按照機(jī)殼上的認(rèn)證號(hào)在CCEE的網(wǎng)站http//www．ccee．com．cn上查詢到，這樣可以幫助用戶辨別真?zhèn)巍?nbsp;此外，可打開電源盒蓋看其內(nèi)部的做工是否講究，如果電路板上有些地方空著，或用電線短接，定是偷工減料的劣質(zhì)品。相比之下，在信譽(yù)好的大商店購(gòu)買的產(chǎn)品，一般比較令人放心。 劣質(zhì)電源的平時(shí)表現(xiàn) 一些劣質(zhì)電源表面上看起來(lái)工作挺正常，并沒(méi)有什么故障，但卻"暗藏殺機(jī)"，使機(jī)器出現(xiàn)一些莫名其妙的故障。劣質(zhì)電源的危害，通常表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： ·死機(jī)、程序出錯(cuò)、音箱中有雜音 原因是電源中省去了EMI濾波器（電感、電容等），抗干擾能力極差，來(lái)自電網(wǎng)的任何干擾都會(huì)使機(jī)器的正常運(yùn)行受到影響。 ·導(dǎo)致硬盤出現(xiàn)壞道 原因是平滑濾波器電容容量小，輸出直流電壓紋波大，導(dǎo)致硬盤轉(zhuǎn)速不穩(wěn)和磁頭抖動(dòng)，使得磁頭與高速旋轉(zhuǎn)的盤片碰撞。 ·光驅(qū)讀盤能力差 原因是電源功率不足，主要是開關(guān)管、開關(guān)變壓器、整流二極管等器件功率小。光驅(qū)讀盤時(shí)，主軸電機(jī)啟動(dòng)，使整機(jī)電流突然增加，如果電源功率不足，就會(huì)使供電電壓（＋5V和＋12V）降低，導(dǎo)致光驅(qū)中的控制電路工作失常。 故障診斷 采用ATX電源的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)出了故障，要從CMOS設(shè)置、Windows中ACPI的設(shè)置及電源和主板等幾個(gè)方面進(jìn)行全面的分析。硬件方面，為了區(qū)別故障在負(fù)載上還是在電源本身，可以將電源拆卸下來(lái)，用一臺(tái)報(bào)廢的設(shè)備（如硬盤等）作假負(fù)載，以免出現(xiàn)空載保護(hù)。在PS－ON信號(hào)線（綠色）與地線之間接入一只100～150Ω的電阻，使該信號(hào)變?yōu)榈碗娖?。如果電源可以工作，說(shuō)明故障在主板或電源按鈕（Power Button），否則故障在電源自身，只有更換電源自身，只有更換電源了。 根據(jù)計(jì)算機(jī)維修中"先軟后硬"的原則，首先要檢查BIOS設(shè)置是否正確，排除因設(shè)置不當(dāng)造成的假故障；第二步，檢查ATX電源中輔助電源和主電源是否正常；第三步，檢查主板電源監(jiān)控電路是否正常。下面根據(jù)故障的不同表現(xiàn)，分別介紹分析和處理的方法。【故障一】 無(wú)法開機(jī) 用萬(wàn)用表測(cè)量+5VSB，如果該電壓值正常且穩(wěn)定，而主板反饋信號(hào)PS-ON始終為高電平，則可能是主板上的開機(jī)電路損壞，或電源啟閉按鈕損壞；如果上述兩者均為正常而主電源仍無(wú)輸出，則可能是開關(guān)電源主回路損壞，或因負(fù)載存在短路或空載而進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。 |
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