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如何选购台式机电源 电源供应器完全解密(3)

2012-07-31 17:16 浏览:


电源不是乱插就好

另一方面,在评估用电环境相关设备,举如不断电系统、延长线,甚至是埋在墙壁里面的电源线时,并不能忽视功率因素带来的「线电流」问题。简单举个例子,1部80%转换效率的电源供应器,输出300W电源的实功率为375W(3.4A),假定功率因数等于0.95的情况下,电力公司只需要输出约3.5A电流(394VA) ,即可让电源供应器正常运作。但是在现实中,未配备功率因数校正电路的产品,功率因数平均在0.7以下,电力公司实际输出电源量将达到4.8A(535VA)。这么一来一往,线电流就相差了1.3A。

如果以居家用电环境与规划来看,许多人都会用到的电源延长线,大多是110V、15A(功率负载1650W)规格。窗外那一栋栋屋龄二三十年的老旧公寓,屋内市电插座里面配置的电源传输线路,通常也是接近这样的规格。在这情境下,单一电源回路、延长线装置,连接4台前述配备功率因数校正的系统主机还绰绰有余,但是不具备校正功能的主机就只能连接3台。从这简单比较能够看出,功率因数校正可以节省昂贵的高规格电缆线支出花费,对多电脑、商业环境而言相当实惠。

▲下方能源消耗比较线条,A组设定组态为转换效率60%、功率因数0.6,B组则是转换效率85%、功率因数0.95。从成本面向来看,B组能够节省约35%的电费支出,而且视在功率只有A组的40%不到。包括不断电系统、延长线、室内电源配线等,前端电源网路建置成本降低幅度相当明显,而且会随主机数量的增加达到可观程度。


第三式:脱掉不等于有真相

电源供应器产虽然五花八门,却不像主机板那样,只隔着一层静电袋可以轻易取出来看个过瘾。在外壳之下,电子零件用料等级可能满足了视觉效果,却不代表实际电气特性的好坏。而且透过简单的电表、软体等测具,充其量只是看到输出电压稳定性与转换效率,唯有搭配示波器等设备,才能将电源品质(Power Quality)、谐波(Harmonics)、涟波(Ripple) ,以及涌入电流(In‐rush Current)等更多面向呈现出来。

设计多变内行

话虽如此,我们还是来稍微了解一下,电源供应器内部架构与运作模式。交换式电源供应器主要是由输入级(Input Stage)、功率因数调整级(Power Factor Correction)、功率级(Power Stage)、回授级(Feedback Stage)等部分组成。并且依电路架构设计的不同,区分成反驰式(Flyback)、顺向式(Forward)、全桥式(Full Bridge)、半桥式(Half Bridge),和推挽式(Push Pull)等拓仆(Topology)型式。

一般来讲,​​电源供应器结构是可以经由肉眼目视,依零件布局位置、采用零件规格等级这些条件,来判断电路用途与电路设计的高低。不过在现实上,时下的电源供应器追求大输出功率、小机身设计,以便容纳进空间有限的机壳内,因此各零组件排列相当密集。在众多零件单挡卡位情况下,未必能够看清楚整体电路结构设计,也就只有「普罗」级行家才能窥探出一二。

过滤杂讯再进行转换

说到前端的输入级部分,大家对EMI(Electromagnetic Disturbance)这名词应该不陌生。电子设备都会产生传导性电磁杂讯干扰,就像传染病般地透过电源线传导(一般称作Power Line Noise),相互干扰该电源回路上的其他装置,因此必需加装EMI滤波器来排除。

现在的机壳特别讲究散热性设计,也许透过外壳的散热孔,就可以在市电插座后端发现一体式EMI滤波器装置,或是以电容、电感组成的滤波电路(部分产品采用2阶EMI滤除设计,所以都会出现)。当输入电源通过EMI滤波器只是开始,由于市电经过变压器转换只是改变电压值,得到电源型式还是「交」流电。因此必需透过整流和滤波这些动作,才能够转换成电脑装置采用的DC直流电源。▲实际以银欣科技SST-ST75F-G扒开外壳当作范例,除了标准的输入级、功率因数调整级、功率级、回授级组成架构之外,还具备完善的EMI滤波处理。

电力怎么转换出来?

由于前面章节已经介绍过功率因数,这边就快转跳过直接进入下一阶段功率级。这部分主要是以由PWM(Pulse Width Modulation,脉波宽度调变)、驱动电路、功率开关、隔离高频变压器,以及二次整流滤波电路等庞大阵容组成。包括主与副变压器、电源管理电路等元件都是集中在这一部分,不单是电源供应器的核心,也是决定产品好坏的关键。

大意上来说,PWM和驱动电路负责控制功率开关的工作状态,开关导通时,输入电压会进入变压器的初级绕组,一方面储蓄电能量并且将能量感应到次级绕组。之后经由二次整流滤波电路,将次级绕组上的交流电转换并且整流成直流电,再加上一道涟波滤除动作,就可以输出干净、稳定的+12V直流电。功率开关反向状态是关闭时,原先储蓄在初级绕组的能量,释放并且转移感应到次级绕组上,也能够持续输出直流电。

不过这样并不算大功告成,最后还要通过回授级的严格把关。首先由误差放大器撷取比较实际输出电压和设定参数的误差值,然后透过光耦离器将结果耦合到PWM控制电路,改变脉波宽度来控制功率开关动作,才能让直流输出电压维持在设定目标范围内。在整个电源转换电路中,还包括了些其他作用功能,像是安全防护相关的电压、电流保护等电路设计,或是直流电转直流电的功能电路,以便将唯一产生的+12V电压,降转成+5V和+3.3V规格。

保护机制一个不能少

一部理想的电源供应器,除了输出电源要干净、稳定、准确之外,保护机制电路的设计也相当重要,才够资格称上是好产品。保护功能分为OVP、OCP、OPP、OLP、UVP、OTP、SCP等项目,也有少数厂商会自创行销名词当作噱头,不过实际上都是相同基础的设计。必需特别留意的是,因为产品定位、研发设计成本考量,甚至是技术能力限制等因素,并非每款电源供应器都会完整配备这些功能,选购前可要睁大眼睛比较。

去繁从简的来讲,OVP(Over Voltage Protection,过压保护)和OCP(Over Current Protection,过流保护)是用来限制输出电压与电流上限值,这2个功能存在互补关系式,任何一方数值提升都会让输出功率随之增加,所以同样重要而且必备。而OPP(Over Power Protection,过功率保护)和OLP(Over Load Protection,过载保护)也是哥俩好,其关系式和OVP对上OCP相似,是用来限制标准与最大负载输出功率值。

至于UVP(Under Voltage Protection,过低电压保护)则是比较有趣,原来电子装置不单是遭遇过高电压值会损坏,低于标准范围也是会出问题。另外的OTP(Over Temperature Protection,过温保护),是负责内部温度过高时的处理机制,而SCP(Short Circuit Protection,短路保护)说来就更简单,能够避免电源输出回路发生短路而损坏装置。这些功能具有一项共同特定,那就是以自动关机为保护机制。

散热风扇大才炫?

标榜大尺寸散热风扇设计,是目前多数产品一致的行销重点。以往的产品都是配备8公分风扇设计,安置在电源供应器后端,将包含系统在内的热量往外抽。进阶一点的产品,则是在内侧也配备1颗风扇,以提升整体散热效果。不过现在流行的,是在内侧用上12公分甚至14公分超大尺寸风扇,优点是扇叶能产生的风压值高,只不过相对的是风切声噪音值也会随之提高。

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