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电源是根据计算机相应的电源标准设计和生产的，在计算机高速发展的这十多年间，PC电源标准也跟着在不断地发生变化，以适应计算机高速发展的要求。今天在这里，我们将简单对PC电源规范发展历程进行一个简单的回顾，希望能帮助大家对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，大家首先需要了解一下什么是开关电源。我们都知道市电是220V/50Hz的交流电，而计算机系统中各配件使用的都是低压直流电，因此电源就是计算机供电的主角，如果把电流比作血液，那么电源就是计算机的心脏。市电进入电源后，首先经过扼流线圈和电容滤除高频杂波和干扰信号，接下来经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。开关电路主要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，这样才得到电脑需要的较为“纯净”的低压直流电。因为计算机电源最核心的部分是开关电路，因此计算机电源通常就被称为开关电源。因此，开关电源通俗来说就是电脑上的“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。不过，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原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50Hz高很多，所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热，如果不将50Hz变为高频那开关电源就没有意义！而PC开关电源唯一的工作是提供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，功率一般为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电源采用切断的方式关机，也就是“硬关机”。在ATX电源未出现之前，从286到586计算机由AT电源一统江湖。目前AT电源已经退出了市场，即便是在旧电脑市场也已经很难看到其身影。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，可以翻译为AT扩展标准，而ATX电源就是根据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控制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，以及开闭自动管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计算机远程唤醒电源的控制信号，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电源最主要的特点就是，它不采用传统的市电开关来控制电源是否工作，而是采用“＋5VSB、PS－ON”的组合来实现电源的开启和关闭，只要控制“PS－ON”信号电平的变化，就能控制电源的开启和关闭。电源中的S-ON控制电路接受PS－ON信号的控制，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)控制主板的“电源监控部件”的输出状态，同时也可用程序来控制“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输出电压提前几百毫秒消失，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，不管是品牌电源还是杂牌电源，从电路原理上来看，一般都是在AT电源的基础上做了适当的改动发展而来的，因此，我们买到的ATX电源，在电路原理上一般都大同小异。此发布以来，ATX电源规范经历了ATX1.0、ATX1.1、ATX2.0、ATX2.01、ATX2.02、ATX2.03和ATX12V等阶段，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，将原来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端电压变动的范围和软电源控制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输出电流由原来的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，采用类似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。根据Intel关于ATX电压供应设计手册(0.9版)的规定对原来技术白皮书中的两处错误进行了修正，将原来-5VDC和-12VDC的电压波动范围由原来的±5％修改为±10％。4、ATX2.02与ATX2.03标准的区别其中ATX2.03标准采用+5V和+3.3V电压，分别为功耗较大的处理器及显卡直接提供所需的电压。而单独的+12V输出则主要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，所以各部件相安无事。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的电压根本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的主要差别是改用+12V电压为CPU供电，而不再使用之前的+5V电压。这样加强了+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、保护电路等做出了相应规定，确保了电源的稳定性。不过，随着吞电怪兽PrescottCPU的出现，系统对12V的输出电流有了更高的要求，而且线材的承受能力有限，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版本主要是增强了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。虽然以目前的电源技术，+12V单路输出完全可以做到更高，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这个电压的供给。本来-5V的电压是给ISA插槽使用的，但是随着ISA插槽的淘汰，-5V电压已经早就用不上了，因此ATX12V规范中已经正式取消了这个-5V电压的供给，所以一些较为新型的电源就根本没有这个电压的输出。同时，在ATX12V1.3规格中，满载时电源效率从68%提高到了70%。不过，随着PCI-E设备的出现，系统功耗再次攀升，对＋12VDC的需求继续增大。虽然ATX12V1.3的+12V单路输出完全可以做到更高，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电源输出规范的情况下，传统的ATX12V1.3电源已经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就是+12V增加了一路单独的输出，即采用了双路输出，其中一路+12V(称为+12V1)专门为CPU供电，而另一路+12V2则为其它设备供电。一个计算机的开关电源，＋12VDC的输出如果是22A的话，这在安全方面是不允许的，FCC(美国联邦通讯委员会)在这方面作出了非常明确的规定，计算机电源的任何一路直流电压输出不允许超过240VA，举例说明为如果某一路输出电压为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保护状态或者关机。而Intel希望的＋12VDC输出要求达到22A，这已经超出了FCC对安全的要求，已经可以达到＋12V×22A＝264VA，已经远远大于了240VA的要求。这在安全方面是不允许的。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。这样设计，就可以将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，例如输出负载已经可以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伏特供给不会因处理器突然加载而产生不稳定。由于采用双路12V输出，因此主电源接口也从原来的20Pin改为24Pin输出。虽然很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，虽然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，因为这样的作法存在下列缺点：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，尤其是ATX12VV1.3以前旧版低瓦特数的电源规格，+12V严重不足，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，若再加上转接线材设计不良，将形成严重的压降问题，影响供电质量。虽然新增一些不同接头，不过，使用转接线或特殊的20或24针ATX接头，其仍然和旧规格可以兼容，重要的是当你的旧有电源供给器损坏后，你可以安全的用2.01规格的电源供给器来取代，保证可以正常使用。在输出接口方面，ATX12V2.0另一个新的改变就是SATA硬盘机的电源接头，这原本包含在ATX1.3标准上，现在已经不复需要了，这意味着转换接头的时代已经结束了，他们已经验证大多数的应用，尤其在主要的硬盘机上，毕竟ATX标准并不会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，那就是转换效率增加了。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。转换效率就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版更是将推荐转换效率提高到了80%。尽管功率因数和转换效率都是指电源的利用率，但区别却很大。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电路等都是对国家电网的保护。也就是说电源转换供电，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