ATX电源风扇问题的探讨
整机外设
编者按：现在的计算机对电源的要求越来越高了。有没有简单的方法提高普通ATX电源的功率呢？
大家都知道，电源输出功率的大小与电源的散热能力有关，而电源的散热能力是由散热片的散热面积和流过散热片的风量共同来决定的。然而电源外壳的尺寸已经标准化了，其大小不可能改变，电源内部采用了大尺寸的风扇或是安装了第二个风扇以后，要占据壳内较大的空间，两块散热片的面积就不能做大，较小的散热面积会不会影响到电源功率？为了弄清楚电源的功率与风扇和散热片面积的关系，笔者做了一些简单的实验，希望通过这些实验探讨出一个降低电源温度、提高电源功率的方法。
一、实验方法
在电源采用一个或两个风扇，或者改变风扇的位置的情况下，改变电源散热片的面积， 测试电源在不同负载下电源功率和温度的关系，就可以找到增大电源功率的方法。因笔者的实验条件所限，准确测量电源负载的功率比较困难，而测量电源的输入功率较为方便和准确，电源的输入功率减去电源的损耗就是电源的输出功率，故本实验均以测量输入功率为准。笔者采用了两种方法，图1是两种测量方法的电路图，第一种方法采用电阻法，在电源的交流输入端串联一个大功率的4Ω标准电阻，测量电阻上的交流电压V2和市电的交流电压V1，就可以算出电源的输入功率VA： VA=V1×V2/4。视在功率VA再乘以功率因素才是有功功率W，在业余的条件下测试功率因素比较困难，加之实验时的负载都是纯电阻，功率因素接近于1，故近似地把视在功率作为有功功率看待。第二种方法：采用电度表进行测量，有功功率W=60000×n/K。式中n为电度表铝盘每分钟转数，K是电度表常数，为每千瓦小时转数，在电度表铭牌上可查到。此法的优点是比较准确，但测量时要测量每分钟的转数，比较繁琐。对比两种测试结果，其误差小于4%，符合测试要求。
次级把电源20芯插头的红线黑线都引出来分别连在一起，黑线再与所有4芯插头的黑线连在一起，以模拟主机的实际使用情况。负载电阻用2KW的电炉丝截成1.1Ω、2Ω、2.5Ω、3.5Ω……作为负载电阻。使用电炉丝作负载的目的是价格低，功率大，作为负载时因通过的电流不大，温度不高，阻值变化不大，便于计算负载功率，图2是测量时的电阻板。
在电源的各元器件中，逆变功率三极管和低压整流块的发热量比较大，而低压整流块的发热量又比逆变功率三极管的发热量大许多。三极管和整流块的耐热能力都比较低，工作时器件表面的最高安全温度一般定在60℃左右，笔者即以+5V和+12V整流块表面的温度达到60℃左右时，电源能连续安全运行的电源输入功率，作为该电源的“最大输入功率”。为了电源的安全，实验时的输入功率最大均不超过300W(对于普通用户来说，300W电源足够使用了)。试验采用了市场上常见的两款电源，这里暂用A电源和B电源命名。
二、A电源──双风扇电源的实验
A电源的参数为：+3.3V：10A；+5V：20A；+12V：8A；-5V：0.3A；-12V：0.3A；+5VSB：1.5A。逆变散热片和整流块散热片的面积为72.5cm2和100cm2，外形见图3，图4是电源的内部结构。以下A1～A5、B1～B3代表测试的项目。
A1：为便于比较，首先测量电源的最大输入功率，此时两个风扇同时工作，环境温度为20℃，电源的最大输入功率为191W。
A2：只用一个风扇，外壳上的风扇不用，并且将孔封上，如图5。环境温度为19℃，最大输入功率为139W。
A3：只用一个风扇，外壳上的风扇取掉不用，将孔封上，但在电源的两块散热片上均加了散热片，采用27mm×17mm×1.5mm的L型角铝材，和8mm×0.4mm的E型铝材，截成90mm长，用万能胶粘贴在散热片上，使逆变和整流散热片的总散热面积达到335平方厘米和615平方厘米，如图6所示。实验时环境温度为19℃，最大输入功率214W。
A4：增加了散热片，使用两个风扇，第二风扇安装在电源外壳外部靠近引出线的进风口处，如图7。实验时环境温度为20℃。输入功率增加到301W时，整流块的温度为58.5℃，电源的输入功率还可以增加，但因电源的输入功率已较电源原来的最大输入功率大了1.5倍。为了安全，未作进一步增大功率的实验。
A5：增加了散热片，使用了两个风扇，但第二风扇安装在电源壳盖上面。环境温度为20℃。最大输入功率为242W，实验结果并不理想。原因是增加的散热片是按水平方向放置的，它阻挡了第二风扇的气流通向三极管和整流块，如把散热片按垂直方向放置，相信电源的最大输入功率应该与实验A4的结果相同。
三、B电源──大尺寸风扇电源的实验
B电源的参数为3.3V：16A；+12V：13A；+5V：25A；-5V：0.5A；-12V：0.8A；+5VSB：2A。电源的脉冲功率变压器采用了较大尺寸的磁芯，功率较大，逆变散热片和整流散热片的面积也比较大，分别为177cm2和195cm2，差不多比A电源散热片的散热面积大了一倍。其外形和内部结构见图8和图9。
B1：首先测试电源(使用大尺寸风扇)的最大输入功率，环境温度为20℃，最大输入功率257W。
B2：为便于比较，不用大尺寸风扇，把该电源的机芯安放在普通单风扇电源外壳中。如图10。环境温度仍为20℃，最大输入功率240.5W。
B3：仍然把机芯安放在普通的电源外壳中，但在两块散热片上加装了散热片，如图11所示，使逆变和整流两块散热片的面积分别达到337平方厘米和443平方厘米。实验时的环境温度仍为20℃。在输入功率加到302W时，进风口的风温上升到22℃。输入功率为302W时整流块的温度为53℃，为了芯片的安全，未继续做增加功率的实验。
上述的实验结果示于图12。
四、实验结果分析
1.从A1和B1的实验结果来看，B电源的最大输入功率比A电源的最大输入功率大了34.6%。从A2和B2的实验更可以看出，在采用单风扇的同一个普通电源外壳装上A电源和B电源作实验，B电源的最大输入功率比A电源的最大输入功率大了约72%，其原因可能是前者散热片的面积比后者大许多。笔者不久前还测试过C电源最大输入功率(为B电源同一生产厂家，但采用的是普通单风扇结构)，在环境温度为26℃时为190W；在环境温度为20℃时，此电源的最大输入功率会增加一些，可以达到200W左右，但仍比B电源的最大输入功率小了50W左右。C电源与B电源的电路、电路板以及元器件都基本相同，只是前者的脉冲功率变压器的磁芯较小，散热片的面积也较小。由此可以得出这样的结论：采用大尺寸磁芯的变压器和采用较大散热面积的散热片，可以有效提高电源的功率；而且采用大磁芯变压器以及其他减小功率损耗的办法，还可以提高电源的效率。
2.从A1、A2与B1、B2的实验来看，不用双风扇或大尺寸风扇，只用一个普通单风扇，电源的最大输入功率都减小了，A电源从191W减小到139W，减少了27.2%，B电源则从257W降到240.5W，减小了6.4%。似乎说明双风扇和大尺寸风扇电源的效果好于普通单风扇结构的电源。但是双风扇或大尺寸风扇电源的内部空间已被风扇占用较多，很难在散热片上再增加散热片以增加散热效果，提高电源功率的难度很大。若把电源的机芯装入普通的单风扇电源外壳，可以在散热片上增加散热片，从而大大改善电源的散热效果，正如实验A3和B3所示，A电源的最大输入功率达到214W，B电源在整流块表面处温度为53℃的输入功率更达到302W(这可是能够连续工作的输入功率)，其散热效果大大优于双风扇或大尺寸风扇的散热效果。因此可以说，采用双风扇或大尺寸风扇的结构并不一定是最好的结构，它的最大优点是可以降低风扇的噪音，但是在增大电源的输出功率方面，实际意义并不大。
3.笔者对多台ATX电源作过实验，发现ATX电源的散热片面积都不大，只要花上几元钱买一点角铝，在原散热片上增加散热片，就可以有效地提高电源的功率，提升的幅度可达50%甚至更高。增加的散热片可用万能胶粘贴，因散热片工作时的温度一般不会超过70℃，散热片不会从散热片上脱落。笔者去年粘贴的散热片使用至今已有一年了，使用情况仍然良好。要是爱好者有条件用钻头打孔再用螺钉紧固上，那就更好。如果嫌功率还不够大，可以如实验A4那样，在电源的进风口再安装一个风扇，功率可以进一步增大。作这样的工作并不难，电脑爱好者都可以作到，这是提高电源功率，增加电源可靠性的一个好方法。
4.一般微机需要的功率小于140W。从A3和B3实验的结果来看，采用普通单风扇结构的ATX电源，在环境温度为20℃时，A电源和B电源的最大输入功率可达214W和240.5W，可以满足多种微机的需要。但在夏天，特别是南方的夏天，这样的电源还能够用吗？对此笔者特别作了高环境温度的实验，A电源在环境温度为37℃时，最大输入功率可达163W，而B电源在环境温度为46℃时！其最大输入功率达到180W，完全能够适应南方高温工作环境的要求。
5.采用大尺寸风扇最大的优点是噪声比较小。对于普通单风扇的电源来说，除了夏天的高温季节以外，在其他季节，电源的功率富余量都比较大，风扇不需要全速工作，可以加一个简单的风扇智能控制装置，根据温度来自动调节风扇的转速，在夏天风扇全速工作，在其他季节则降低风扇的转速，不仅可以大大减少噪音，还能够延长风扇的寿命。智能控制电路只需要两个普通三极管和几个电阻电容元件就可以组成，一般ATX电源的电路板上均留有安装这种装置的空余电路，DIYer只要稍有一点动手能力就能安装好。限于篇幅，具体电路就不作介绍了。