动力的源泉——PC电源技术分析(二)
技术大讲堂
在上一期PC电源技术分析中，我们已经对ATX电源有了比较详细的了解，今天我们一起来看看准系统电源和新兴的BTX电源各有什么奥妙……
一、准系统电源——ATX电源中的另类
从原理上来说，准系统电源仍属于ATX电源的范畴，只不过因为受机箱空间的制约，准系统厂商不得不对电源“动手术”。一般的方法是直接缩小尺寸、减少空间占用来对电源进行“瘦身”处理。但由于各类准系统外形并不相同，内部空间的布局也相差甚远，各准系统厂商必须根据自身情况独自设计。因此，时至今日准系统电源的尺寸仍没有一个统一的标准。
当然，这种特殊性所带来的问题也是显而易见的，那就是准系统电源的功率较低——通常在200～250W左右，而且用户升级电源的机会是微乎其微的。因此，准系统厂商往往根据AMD或Intel平台来定制电源的功率，以尽量满足用户升级或增加配件所带来的功率需求，最常见的方法是加强某一线路的补偿输出。
虽然ATX规范中规定了每一线路输出的标准。不过，ATX电源的各路输出不可能同时达到标称的最大输出电量。由于目前P4处理器功耗较高，Intel已经改+12V为CPU供电，因此+12V端的负载较重，会导致+12V的下降。而AMD的CPU以前基本通过+5V取电，电源的补偿电路自动对+5V进行补偿，但这样会导致+12V的升高（现在AMD新一代CPU也从+12V取电了）。
针对系统对5V，12V负载能力要求的提高 ，如何才能实现这两路电压负载变化而电压又不相互影响调整呢？为了保证输出电压的稳定，ATX电源内部设计了一套补偿电路，能够根据输出电压下降的幅度自动进行补偿来抵消输出电压的下降，但通常ATX电源并没有为每一路输出电压提供单独的稳压电路，而是同时补偿，比如+5V和+12V中的+5V因为负载太大而导致输出电压开始下降，电源会同时增加这两路的输出电压，并不会单独对+5V进行控制，其结果必然导致+12V的输出电压过度补偿而超过额定的电压，当电源设计欠佳或输出功率不足时，这种特有的现象就更加明显！
针对以上问题，目前不少准系统电源都采用磁放大技术以改善电源输出电压的稳定性，往往将3.3V与5V、12V的稳压电路独立开来——将5V稳压电路同样使用磁放大器电路从5V和12V共同组成的稳压电路中分离开，这意味着5V，12V也可独立进行电压调整——这也就是所谓的三路独立输出电源。（注：即使不采用三路独立输出方式，比较好的电源对+5V和+12V的输出都采取了一定的保护措施，当电压上升到危险的程度，电源将关断输出。电源输出的正电压，合理的波动范围在-5%~+5%之内，而负电压的合理波动范围在-10%~+10%）。此外，准系统的电源大多把第一级EMI滤波电路省了，抑制输入端的高频干扰，以及PWM自身产生的高频干扰的能力也要逊色于标准的ATX电源（图1）。
当然，有部分苛求“小”的厂商，效仿笔记本电脑的设计，将电源改为外置设计，准系统主机内只提供一个输入接口和必要的连接线路。对于此类系统，你几乎不要再抱升级的幻想！
二、BTX电源规范
随着SerialATA和PCI Express等新技术的诞生，ATX规范也显得老迈，因此基于新一代的系统布置结构标准的BTX电源规范出台了。
BTX的英文全称是“Balanced Technology Extended”，中文意思是平衡技术延伸，这是一种新型主板架构规范，旨在借助用于构建创新台式电脑系统的标准来建立一个灵活的通用基础。系统需要拥有最新的性能技术才能满足用户不断提高的散热、能耗、结构、音响、以及电磁兼容性等方面的要求。BTX规范为开发者提供了新的工具和设计空间，以支持设计台式电脑系统，不论是小巧紧凑的系统，还是大型的可扩充系统。相对结构的变化，BTX电源供给的变化就没有那么大了。
BTX电源兼容ATX技术，其工作原理与内部结构基本相同，输出标准与目前的ATX12V 2.0规范一样，也采用24Pin接头（图2）。
BTX电源主要是在原ATX规范的基础之上衍生出ATX 12V、CFX 12V、LFX 12V几种电源规格。其中ATX 12V是已有规格，ATX12V 2.0版电源可以直接用于标准BTX机箱。CFX12V于2003年10月发布，适用于系统总容量在10～15升的机箱。这种电源与以前的电源虽然在技术上没有变化，但为了适应尺寸的要求，采用了不规则的外形。目前定义了220W、240W、275W三种规格。其中，275W的电源采用相互独立的双路+12V输出（图3）。
从图4我们可以看到，CFX的外形实际上是从ATX结构中“挖”了一块48.4mm×46mm的区域。整个宽度和高度还是150mm和86mm，长度从140mm减少到95mm。尺寸的减小，带来了设计上的困难，特别是散热问题。而LFX12V则适用于系统容量6～9升的机箱。
除了负载分配外，效率的要求也进一步提高。与以往的效率规范不同，这里提出了一个强制标准和一个推荐标准（见下表）。
从表中可以看出，如果电源能够达到推荐的80%的典型负载转换效率，电源发热问题将大大改善。同时，控制噪音也将简单得多。
BTX电源尽管技术上与ATX相比改进并不大，目前相应的产品并不多，但由于此规格在设计上更加合理，整个架构的散热效率更强，再加上Intel的大力推广，支持BTX的厂商会越来越多，BTX规范必将取代现有的ATX规范。
三、电源的功率定义标准
虽然功率是大家在选购电源时考虑的首要指标，但仍有不少朋友会自问“电源功率是如何被定义的呢？”很多人心中都有这样一个概念：一个电源的额定功率，可以从+5V下的额定电流×10来推算。这不是一种技术上的推算，而是一种经验的积累。不过，这种推算功率的方法对ATX 12V 1.3以上版本的电源已经不再适用。因为现在新款电源中，+5V的额定电流值已经不如+12V重要，+12V的输出电流正在越来越快地增长。因此我们应从+5V和+12V联合推算电源的功率。
比如在ATX 12V 1.3规范中，Intel要求200W的电源：+5V，16A；250W的电源：+5V，21A；300W的电源：+5V，26A。
Intel ATX 12V 1.3版标准功率的计算方法：P（额定）=U×（I+4）（+5V的最大输出电流）。可以通过+5V的最大输出电流值加上4乘以10V。比如，+5V的最大输出电流值为21A，则功率为（21＋4）A×10V＝250W。同样，（26＋4）A×10V＝300W，（18＋4）A×10V＝220W。而Intel ATX 2.03标准以往的经验公式：P（额定）=U×I（+5V的最大输出电流）。这个公式的U为一个可变化电压值，估算时，取值可在10～11.5之间，估算时取最小值为宜。U的单位为V（伏特），I为电源+5V的最大输出电流，单位A（安培）。比如+5V的最大输出电流值为21A，则是200W；+5V的最大输出电流值为25A，则是250W；+5V的最大输出电流值为30A，则是300W。因此，目前Intel ATX 2.03标准功率计算方式在这里已经不太适合，不过这个公式仍可以作为参考。目前业内比较认可的功率判断方法是Intel的功率分布图（图4），我们在这个图上可以很直观地观察出电源的额定功率。
在300W电源的ATX 12V 1.3标准功率分布图中，横轴为12V输出功率（单位瓦特），纵轴为5V和+3.3V输出功率之和。从横轴和纵轴的定义可以知道，符合ATX 12V 1.3标准的300W电源，12V最少也可以达到215W的输出功率；而5V和+3.3V的输出功率之和最少也应该可以达到200W（图5）。
现在，我们假定以上内容是一款电源所提供的规格。通过上面提到的公式，我们可以知道这款电源12V输出在最大电流时，其输出功率为：18A×12V=216W ，从功率分布图中可以找到与其数值相对应的虚线范围“1” ，证明这款电源在12V输出方面符合ATX 12V 1.3的要求。而5V和+3.3V的合计功率：26A×5V+27A×3.3V=130W+89.1W=219.1W 。而根据功率分布图可以找到与数值相对应的虚线范围“2”，这样我们就可以知道这款电源产品不但达到了ATX 12V 1.3要求的200W输出功率，而且可以提供更大的电流，达到219.1W的总输出功率。当然，上面的叙述只是简单地从横、纵坐标轴的角度来看待ATX 12V 1.3标准。而将两条坐标轴联系起来，才是判断一款电源是否合格的标准。
如何去判断电源的额定输出功率有多大呢？当然，最准确的方法是加负载进行测试，但这只有生产厂家能够做到。电源额定功率的标定往往采用交叉负载测试的方式，实验是通过检测电源的各路主电压的负载压降和纹波系数来得出各路输出电压的最大电流的。具体方法是这样的：在不超过该路输出的最大电流的前提下，逐渐减小其负载电阻，同时测量其负载压降和纹波系数，当其负载压降和纹波系数超出允许的范围时，记录此时的电流值作为最大工作电流。记录各路输出的最大工作电流，然后与Intel制定的功率标准进行对比，从而确定电源的额定输出功率。
四、结语
可以说，从PC电源诞生以来，电源的技术并没有实质性的突破，所有的一切规范都围绕PC配件功耗的增长而改进、变迁。从根本上说，厂商是否完全遵循相应电源规范来提升产品质量应该是当前市场最需要规范的地方。但我们相信不久将有更严格的电源规范来制约电源厂商，从另一方面促进电源市场的技术更新……