掀起电源的盖头来

硬派学堂

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许多用户在使用电脑时,常常会遇到频繁死机、自动重启、电脑蓝屏、硬盘启动失败等故障,还有用户有过烧毁CPU、内存、硬盘、主板等重要配件的经历。在造成这类故障或事故的原因当中,有相当大一部分要归咎于电源的品质低劣或是功率不足。因此电源的品质,理应得到广大电脑用户的充分重视。

在购买电源时,我们只能看到电源冷冰冰的外壳,电源的内部构造究竟是怎样的,各部件如何发挥作用?这堂课我们就一起来看一看。

明察秋毫:掀起电源的盖头

如果仅仅看外观,所有的ATX电源都长得差不多。因此要想了解电源的品质,就不得不掀起电源的盖头,深入剖析电源的内部结构及其作用。

ATX开关电源的内部结构主要包括控制/保护电压PCB、低压滤波部分、驱动变压器、主变压器、PFC电路、高压滤波电容等几个部分。虽然看似简单,但是一款好电源的诞生并非易事,一款品质合格的电源在出厂前必须通过多项严格“体检”,我们也不难理解为什么偷工减料的电源会给电脑配件带来诸多危害。

主机中的电脑配件使用的都是低压直流电,而我们平常使用的市电都是220V交流电,因此电源的工作就是将220V的交流电转化为持续稳定的低压直流电。

市电进入电源后,首先需要经过输入滤波和整流电路,滤波电路就像一张水中的过滤网过滤杂物一样,滤除高频杂波和干扰信号,让电流更纯净。许多劣质电源为了降低成本,常常会在整流和滤波电路上偷工减料,这就是不少电脑死机、重启或蓝屏的罪魁祸首。

整流滤波后得到的电流将被输入电源的主变换电路,在开关三极管和开关变压器等部件的作用下转变为高频交流电,并且将输入电网与输出部分电路分开。这部分工作就相当于将过滤后的水烧开,让它变得符合饮用需求。

接着,高频交流电被送至输出整流滤波电路,滤除高频交流部分后,就得到了较为纯净稳定的低压直流电,就像是将烧开的水倒出,待它自然冷却后就可以饮用了。

效率优先:不得不说的PFC

很多同学都听说了通过3C认证的电源都必须具备PFC电路,PFC电路就像是套在电源上的金箍,绝对丢不掉。那么什么是PFC电路,它究竟有什么作用?

PFC的全称是“Power Factor Correction”,即功率因数校正。功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)的比值,也就是电子产品对电能的利用效率。功率因数的值越大,电能的利用效率越高。PFC电路能提高电能利用效率并降低电源工作产生的谐波对电网的干扰。电源如果不加装PFC电路,其功率因数值仅在0.5~0.6,而且电源可能产生大量的谐波电流使电网电压波形畸变而影响到其他电器的正常使用。

PFC分为两种,一种是被动式PFC(也称无源PFC),另一种是主动式PFC(也称有源PFC)。

被动式PFC:又分为静音式被动PFC和非静音式被动PFC,一般采用电感补偿方法减小交流输入的基波电流与电压之间的相位差,从而提高功率因数。被动式PFC只能让功率因数达到0.7~0.8,而且发热量较大,一般位于高压滤波电容附近。被动式PFC很好识别,只要看到从电源电路上接出来有一个大电感就说明是被动式PFC。

主动式PFC:由电感电容及其他电子元器件组成,通过专用IC调整电流波形从而对电流电压间的相位差进行补偿。其输入电压范围较广(部分产品可以从90V到270V),功率因数更是可以达到0.99,并具有低损耗和高可靠性等优点,但是成本也相对较高。此外主动式PFC还可用作辅助电源,而不再需要辅助电源变压器,输出直流电压的纹波很小,因此使用主动式PFC的电源不需要采用很大容量的滤波电容。和被动式PFC相比,主动式PFC结构复杂得多,不仅有电感、电容还有相当数量的其他电子元器件组成复杂的主动式PFC电路,一般用在额定功率400W以上的电源中。如果电源上没有明显的大电感,而有一块小电路板,那就多半是主动式PFC了。

有的无良厂商也会在必须配备的PFC上做手脚,笔者就曾见过有部分劣质电源上的被动式PFC就是用几张纸壳和铁块做成的,完全是忽悠人,根本起不到校正功率因数的作用。

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输入滤波电路
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电源中的被动式PFC
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主变换电路
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电源中的主动式PFC
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输出整流滤波电路
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模块化电源提供了可供随时拆装的接口

小贴士

1.电源的转换效率

电源在工作时,总是会有部分电能被转换成热量而损耗掉。为了尽量减少电源的热量损耗,人们提出了转换效率的概念,即电源的输出功率除以输入功率的百分比。早期的ATX 12V 1.3版电源要求满载下的最小转换效率为70%,而从ATX 12V 2.0版开始,推荐转换效率被提高到了80%,更同时出现了80Plus的认证规范。

2.模块化电源

许多DIY玩家都有这样的体会:机箱里各种各样的线缆互相交错在一起,既破坏了美感又影响了散热,看着就让人烦心。考虑到各种线缆中有不少其实是处于闲置状态,如果能够做到用几根线就插几根线,那该有多好啊!模块化电源就是这样的产品。当用户的主机中并没有太多设备的时候,许多暂时用不着的电源接口都可以不用接线而处于空置状态。这样做的好处显而易见:尽量减少机箱里的线缆,让机箱内部更加简洁美观,有利于主机散热。当用户需要添加设备时,只需要拿出相应的模组接上就可以使用,非常方便。相信不少DIY玩家都会对这样的产品萌生兴趣,不过由于其成本较高,售价也比普通的电源昂贵。