PC电源技术交稿 .docx

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1、精品名师归纳总结一、 概述PC 电源从 80 岁月初显现，相伴 PC 的演化而不断进展，约有 20 年的历史了，它的基本作用就是从供电电网中猎取能量然后转变为适合PC 使用的低压直流电能，同时完成必要的安全隔离功能。在 PC 电源进展过程中也显现过一些不同的类型和标准，由早期的AT 类进展到ATX 类，再进展到现在的 ATX12V （P4）类，输出电压由最初的 4 组增加到 6 组。这些演化是与 PC 逐步进展起来的多样化的电源治理功能、多样化的配置以及PC 系统电源总线结构亲密相关的。电源是 PC的一个关键部件，不仅在性能上要符合相应的标准和规范，而且它的负载才能、牢靠性、以及对主板和外设的

2、适应性和兼容性都对整机系统的牢靠、稳固运行有很大的影响。二、电源应符合的标准与规范与 PC 电源相关的标准和规范有许多，它们从不同的角度对电源提出了不同的要求，是电源是否合格的重要判据，在此对它们分成两类作一简洁介绍：一类标准是强制性标准，是电源必需满意的标准。电气安全方面： GB 4943-1995信息技术设备 包括电气事务设备 的安全（等同IEC 950-1986）。产品不仅要符合该标准的要求，而且仍必需能够获得权威机构的认可才能够进行生产和销售，也就是通常所说的安全认证（现已合并到3C 认证）。产品的安全性是每个国家和的区都特别重视的问题，由于它直接关系到人的生命安全。可编辑资料 - -

3、 - 欢迎下载精品名师归纳总结电磁兼容方面： GB 9254-1998信息技术设备的无线电扰乱限值和测量方法（等同 CISPR 22:1997）。该标准主要对产品产生的传导干扰和辐射干扰提出了限制。其目的就是要求产品在使用时，不能干扰其他设备的正常运行。谐波电流方面： GB 17625.1-1998低压电气及电子设备发出的谐波电流限值（设备每相输入电流 16A）（等同 IEC 61000-3-2:1995）。该标准是针对产品对电网造成的影响而制定的，这种影响称为电力污染。对谐波电流进行抑制的技术习惯上也叫功率因数校正技术（ PFC）。上述全部强制性的标准现已合并到一起进行认证，实施后认证名称称

4、为CCC 认证（即 C 认证），将会在 2003 年 5 月日强制实施。另一类标准是非强制性的标准，也可以叫做举荐标准。电磁兼容方面： GB/T 17618-1998信息技术设备抗扰度限值和测量方法（等同 CISPR 24:1997）。该标准与 GB 9254-1998信息技术设备的无线电扰乱限值和测量方法其实是产品电磁兼容性的两个方面，GB9254 着眼于产品发出的干扰，而 GB 17618 就是产品应具备的抗干扰才能，只有同时满意这两方面的要求才算完善的产品，才能保证不同的设备同时使用时不会相互影响。综合性： GB/T 14714-1993微小型运算机系统设备用开关电源通用技术条件该标准在

5、国际上并没有相对应的标准，是我国特的针对运算机电源产品编写的一份指 导性的标准，它的内容涉及产品的性能、环境、制造、检测、包装、运输等等内容。 虽然不属于强制性标准，但它所包含的内容比较全面，有较好的参考价值和指导意义。Intel ：ATX/ATX12V Power Supply Design Guide ， SFX/SFX12V Power Supply Design Guide。最终要介绍的规范，就是Intel 的这两个电源设计指南，这两份设计指南虽然不是由国家机构发布的标准，严格意义上也不是规范文件，但它却是目前 PC 电源领域最重要的产品设计参考，由于Intel 在 PC 领域长期处于

6、确定的领先位置，成了事实上的行业“领头羊”和兼容标准。这两份设计指南中对PC 电源作了特别详尽的描述，从形状结构、接口定义到各个输入输出参数的定义和设定，几乎涵盖PC 电源全部特性。目前全球绝大多数的PC 电源都在依据该指南进行设计、测试、和评判。此指南的 Intel 官方网址为： www.formfactors.org可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结三、 PC 电源原理常见 PC 电源原理框图如下：帮助帮助帮助输出开关管变压器整流器 /滤波器光电耦和器信号/ 误差 放大器+5VSB主四、主运算机的功率分输配出可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结开关管变压器整流器

7、/ 滤波器+5V / +12V / -12V可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结输入整流器 / 滤不波器同配置的运算机和功率安排相差很大，且各配件的3 端功稳率压器需求也在不断变化，-5因V此，在此仅举例说明，详细情形要视使用的配置及环境而定。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结PFCP4 C1P10U/22功0耗表转换开关磁放大器整流器 /滤波器反馈+3.3V可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结EMI滤波器驱动变压器PWM掌握器+5V / +12V反馈 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资

8、料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结AC 输入隔离分界线爱护/时序规律产生全部输出 P.G PS_ON#可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 PC电源的基本原理和常见电路结构PC电源的基本作用就是将沟通电网的电能转换为适合主机使用的低压直流电供应整机使用。对 ATX类（包括 P4 电源）电源总共有六路输出，分别是 +5V、-5V 、+12V、-12V、+3.3V 及+5Vsb。PC 电源采纳开关变换的技术，就是把沟通电第一整流为300V左右的高压直流电，然后通过半导体开关交替导通和关断变成连续的脉冲，再经变压 器隔离降压及输出滤波后变为低压的直流电。输出电压的稳固就是依靠对脉冲

9、宽度的 转变来实现，这就叫做脉宽调制PWM。由高压直流到低压多路直流的这一过程也可称 DC-DC变换，是开关电源的核心技术。采纳开关变换的显著优点是大大提高了电能的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结转换效率，典型的 PC 电源效率为 68%-75%，而相应的线性稳压电源的效率仅有50%左右。整个 PC电源通常是由主电源和帮助电源两个部分构成。最早的AT 电源没有帮助电源，帮助电源是从ATX开头才显现的。它的主要作用是用来产生待机输出+5Vsb，供应主板上开关机和电源治理线路使用。帮助电源部分大多采纳了单端反激的电路结构，输出功率在 10W左右，早期的 ATX电源中多采纳单端自激式

10、的 RCC线路，成本较低，近来由于功率的上升有逐步转为 PWM的趋势（多为 PWM+MOSF的ET集成器件为核心）。单端反激的线路结构简洁，体积小，效率较高。在 ATX 电脑中，不论开机仍是关机状态，只要沟通输入通电，电源的帮助部分就会工作，该线路是电源中工作时间最长的部分，因此它的牢靠性和使用寿命对整机有重要的意义。随着电脑越来越多样化的电源治理的进展，需要+5Vsb 能够供应更大的电流来支持，最早的ATX 要求0.1 A ，后来增加到 0.72A，到 P4 系统时就要求 2A 的待机输出。PC 电源的主电源部分长期以来就存在两种常用的线路结构，单端正激式和半桥式。单端正激式一般采纳电流模式

11、（Current Mode ）掌握的 PWM芯片（典型的是UC3842）和一只功率 MOSFET构成初级回路，工作频率多在60-100KHz，开关管采纳直接驱动的方式。半桥式一般采纳电压模式（Voltage Mode ）掌握的 PWM芯片（典型的是 TL494）和两只功率三级管构成初级回路，工作频率多在30KHz，开关管的驱动就采纳隔离的比例驱动方式。次级整流部分都采纳二极管（12V 使用快复原管， 5V 和 3.3V 使用肖特基管）作为整流器件。一般说来，单端正激式的线路适和中小功率，线路比半桥式简洁，效率稍高，但EMI 大一些。而半桥式线路就适合较大功率，EMI 也低一些，但线路稍为复杂。

12、辨认单端正激和半桥式，有个简洁方法是数变压器的个数，单 端正激式 PC电源有两个变压器，一大一小分别为主变压器和帮助变压器。半桥式就会多一个小变压器，是驱动变压器。+3.3V 是一个比较特别的部分，对该部分的掌握在ATX 电源进展前期有少数产品采 用 MOSFET线 性 稳 压， 现 已 特别 少 见 ， 目 前一般 采 用 磁放 大 器（ Magnetic Amplifier）的稳压技术，可以取得较高的稳压精度和效率。磁放大器其实是用高导磁率的非晶或超微晶材料制作的可饱和的电感，它在未饱和的时候具有很大的电感量， 相当于将电路断开，而在饱和的时候又相当于导线将电路连通，可以起到一只开关的作用

13、。利用这一特性就可以对脉冲宽度进行调整，达到稳压的目的。该部分的稳压掌握与主电路是相互独立的，不受主电路电压变化的影响，但一般说来，只有其它输出（ +5V、+12V）带有肯定负载时， +3.3V 才能够输出比较大的电流。实现 PFC功能，一般分两种形式。一种是无源形式。另一种是有源形式。无源即是在沟通输入端直接串联工频铁芯电感来抑制高次谐波电流，有源是采纳一套独立电路（类似一个电源）强制输入电流跟随沟通电网电压变化，因此功率因数可达0.99 甚至更高。无源的优点是电路简洁、成本低，缺点是功率因数低、体积大、重量重、有工频噪音及不适合于较大功率（ 300W以上）。有源的优点是功率因数高、体积小、

14、无可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结工频噪声，适合于大功率，缺点是电路复杂、成本高。 PC 电源的时序PC 电源不仅输出电压，仍要与主板有信号联系，两者在时间次序上有肯定的关系，这就叫做时序。时序是电源与主板良好协作的重要条件，也是导致电脑无法正常开关机以及电源与主板不兼容问题的最常见的缘由。时序中最重要的是电源输出电压（通常以+5V 为代表）与 P.G 信号和 PS_ON#信号之间的关系。 P.G信号由电源掌握，代表电源是否已经预备好，PS_ON#信号就由主板掌握，表示是否要开机。两个信号都是通过20 芯的主板电源线来连接的，电脑开关机的整个工作过程是这样的：电源在沟通线通电后

15、，就会输出一个电压+5VSB 到主板，主板上的少部分线路就开头工作并等待开机的操作，这叫做待机状态。当按下主机开关开机时，主板就把 PS_ON#信号变成低电平，电源接受到该低电平后就开头启动并产生全部的输出电压，在全部输出电压正常建立后的0.10.5 秒内电源将会把 P.G信号变成高电平传回给主板表示电源已经预备好，然后主板就可以开头启动和运行。 正常关机时，主板在完成全部关机操作后，把PS_ON#信号复原高电平，电源就会关闭其他全部输出电压和 P.G信号，只保留 +5VSB 输出，整个主机又复原到待机状态。AT 电源中没有 +5VSB 和 PS_ON#信号，因此只有 P.G 信号与输出电压间

16、的协作关系，由于信号相对简洁，所以很少显现反常和不兼容的现象。实际应用中，除了时序问题，即输出电压与信号在时间上的协作问题外，仍要留意装机后信号高低电平的电压值是不是合乎要求，也就是信号的驱动才能是否匹配。ATX电源的 P.G 信号线一 般为灰色 ，高电 平常应为2.4V5.25V ，低 电平常 为0V0.4V 。PS_ON#信号线就一般为绿色，高电平为2V5.25V ，低电平为 0V0.8V 。 PC 电源的爱护功能PC 电源在使用时，有可能被接错或短路，另外电源自身也有可能显现故障导致输出电压不正常，这种情形下为了防止或削减严峻的后果，电源要能够停止工作，这就是电源的爱护功能。电源的爱护有

17、两个方面，一是防止烧毁其他配件，另一方面是要爱护自身不受损坏。电源对外部的爱护主要是过压和欠压爱护，也就是说当电源的输出电压偏高或偏低到不正常时，电源就要停止工作。这一点对整机特别重要，由于全部昂贵的部件比如 CPU、硬盘等都是比较脆弱的，很简洁由于过高的电压而烧坏。为了防止显现这种情形，需要对电源的每路输出电压监控。电源设计师的方法是通过采样电路对输出电压进行采样，采样回来的信号通过一个比较器后接到掌握部分。一旦输出电压反常，采样信号可以即时反映出来，通知掌握部分关机。这样可以有效的爱护主板，CPU， 内存，硬盘，光驱等珍贵部件。电源有没有牢靠快速的过压爱护对于整机来说特别重要。由于或许一台

18、配置高档的主机就由于一个劣质的电源而坏个精光。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结电源爱护的另一方面是要爱护自身不受损坏。短路爱护和过功率爱护就是为了保 护电源自身的。电源一般有 +5V， -5V ， +12V， -12V，3.3V 和+5Vsb 输出。假如用户接错插头或者是不当心将输出短路，比如+5V 和的线短路了，短路电流将特别大，如果电源不能自己关断，必定损坏。当然坏的外设也会造成电源短路，比如光驱本身5V和的线就短路了，电源一插上就造成了电源的短路。过功率爱护是使电源在远超过其额定负载下工作时进入爱护状态。比如，额定负载200W 的电源假如硬带 300W 的负载，没有过功率

19、爱护的话确定要烧坏，有了过功率爱护，电源就会自动“罢工”，从而爱护自身。过功率爱护和短路爱护的原理都是通过检测输出电流来实现的。一旦电流过大，掌握电路就自动关断电源。等短路故障排除后再重新开机就可复原正常。一台电源其他指标再好，假如没有完善的爱护功能，都是不能让人放心使用的。电源厂家也在为设计安全牢靠的爱护电路而努力。随着技术的进展，电源也会越来越安全。四、电源优劣的评判1、技术规格（包括电气性能、机械性能、安规、电磁兼容、环境等）1） 电源技术规格应符合国家强制标准（最好同时符合国家非强制性或举荐性标准）。2） 电源技术规格应符合或参照 Intel 制定的行业规范。可参考 Intel 的行业

20、规范（设计指南）2、牢靠性可参见第三部分。主要是元器件的电、热应力要留有较大的裕量。例： 半导体结温不超过 110（环境温度 50）变压器、电感温升不能超出安规的要求电容外壳温度不能超出额定值的95%元器件电压和电流的降额应大于10%磁器件在任何电网、负载、起动或瞬态条件下，均不能显现饱和。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3、兼容性兼容性涉及到的问题比较广泛，一个好的电源产品，不仅应具有良好的技术规格及牢靠性，仍应有全面的兼容性，即适应各种配件的才能。电源是整个运算机系统所需能量的源头，因此关系到每一个需要由电源供应能量的部件。常见应留意的兼容性设计要点：1） 电源各路输出及

21、PS_ON#和 P.G 信号的时序关系2） PS_ON#信号和 P.G信号的防抖动设计加入正反馈，推迟翻转特性及尖峰吸取回路，防止误动作，保证P.G 稳固。3）电源输出的稳固度、瞬态特性及爱护功能例：有些主板会产生不正常的瞬态过流，会造成电源爱护或电压下降。4） 各电气参数的温度稳固性（在各种温度条件下应工作正常）。5） 各项性能指标留有裕量（有上限要求）或居中（有上、下限要求）可防止协作上的偏差。五、PC 电源常见故障及判定方法1、 电源无输出此类为最常见故障，主要表现为电源不工作。在主机确认电源线已连接好（有些有沟通开关的电源要打到开状态）的情形下，开机无反应，显示器无显示（显示器指示灯闪

22、耀）。无输出故障又分为以下几种：+5VSB 无输出前面已讲到 +5VSB 在主机电源一接沟通电即应有正常5V 输出，并为主板启动电路供电。因此， +5VSB 无输出，主板启动电路无法动作，将无法开机。此故障制定方法为：将电源从主机中拆下，接好主机电源沟通输入线，用万 用表测量电源输出到主板的 20 芯插头中的紫色线（ +5VSB）的电压，如无输出电压就说明 +5VSB 线路已损坏，需更换电源。对有些带有待机指示灯的主板， 无万用表时，也可以用指示灯是否亮来判定+5VSB 是否有输出。此种故障显示电源内部有器件损坏，保险很可能已熔断。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 +5VSB有

23、输出，但主电源无输出此种情形待机指示灯亮，但按下开机键后无反应，电源风扇不动。此现象显示保险丝未熔断，但主电源不工作。故障判定方法为：将电源从主机中拆下，将 20 芯中绿线（ PS ON/OFF）对的短路或接一小电阻对的使其电压在0.8V以下，此时，电源仍无输出且风扇无转动迹象（注：有极少数电源在空载时不工作，此种情形除外），就说明主电源已损坏，需更换电源。 +5VSB有输出，但主电源爱护此类情形也比较多，由于制造工艺或器件早期失效均会造成此现象。此现象和的区分在于开机时风扇会抖动一下，即电源已有输出，但由于故障或外界因素而发生爱护。为排除因电源负载（主板等）损坏短路或其它因素，可将电源从主机

24、中拆下，将20 芯中绿线对的短路，如电源输出正常，就可能为：I. 电源负载损坏导致电源爱护，更换损坏的电源负载。II. 电源内部反常导致爱护，需更换电源。III. 电源和负载协作，兼容性不好，导致在某种特定负载下爱护，此种情况需做进一步分析。 电源正常，但主板未给出开机信号此种情形下也表现为电源无输出，可通过万用表测量 20 芯中绿色线对的电压是否在主机开机后下降到 0.8V 以下，如未下降或未在 0.8V 以下，可能导致电源无法开机。2、电源有输出，但主机不显示。这种情形比较复杂，判定起来也比较困难，但可以从以下几个方面考虑：1) 电源的各路输出中有一路或多路输出电压不正常，可用万用表测试。2) 无 P.G 信号，即测量 20 芯线中灰色线是否为高电平，假如为低电平，主机将始终处于复位状态，无法启动。3) 电源输出上升沿或时序反常，或和主板兼容性不好，也可导致主机不显示， 但此种情形较复杂，需借助储备示波器才可分析。完！可编辑资料 - - - 欢迎下载