电源在电脑系统中属于不太值钱的“附件”,许多人对它不太重视,殊不知电源对于任何电器都如同心脏之于人,是非常重要的部分。如果使用了不合格的电源,轻则系统不稳定,电磁干扰严重,重则烧毁硬件。即便有些劣质产品一时用起来未出现什么问题,日久必然产生一些意想不到的麻烦,所以仔细挑选和优化是十分必要的。
电脑电源的参数
功率当然是电源的首要指标,也是许多人所知道的惟一指标。现在Prescott核心的Pentium 4电脑功耗已达到103~120W,高档显卡也不甘示弱,GeForce 6800功耗已经超过了100W。所以电源的额定功率也从以前的200~250W提高到300W以上,有些高端电源甚至做到550~600W,真是令人惊骇。不过对于一般大于2.0G级别的“老”CPU加低档显卡,整机耗电一般在100W左右。以下是常见的典型主机功耗表。
可见一般情况下电源都不会满负荷工作,都有不小的余量。这为保证电源长期可靠工作提供了保障,但也正因此,许多劣质电源得以瞒天过海,它们都敢标注挺大的功率,但事实上根本达不到。
许多人习惯于长期不关闭电脑电源,电源总处于待机状态,不但要长期消耗十多瓦的电力,还容易使待机电路因长期连续工作而引发故障(这时没有风扇排风,热量易集中),也容易受到雷击等意外损害。所以我们一定要养成关闭电源总闸的习惯。
所谓功率因数,是指交流电源推动负载时如果负载呈容性或感性,会使电流波形与电压波形之间发生相移,结果推动负载的有用功率小于在该电流波形下系统消耗的总功率,它们的比值就是功率因数。功率因数小的时候可能达到0.6以下,这就意味着40%以上的电能都损耗在线路上了,而这个电能是不会记录到一般的电度表上的,所以国际标准、国家标准都越来越严格地对电器的功率因数作出限制,一般要求达到0.8以上。
功率因数是可以通过适当的补偿得到校正提高的,这就是PFC(Power Factor Correction)。在电脑电源上由于其第一级就进行了整流滤波,所以负载呈容性,这样就可以在电路中串入适当的电感调整电流波形,使总负载接近纯阻性特性。这就是“被动式PFC”的原理。
现在国家强制执行CCC认证,对功率因数提出了要求,所以大多数电源都使用了铁芯电感作为被动式PFC元件。这里提醒大家最好选择著名品牌的优质产品,不要贪图便宜吃大亏。图1是被动式PFC铁芯电感的照片。
高端电源使用主动PFC电路作功率因数校正,可以得到更好的效果。
效率是指电源输出功率与输入功率的比值,它反映着开关管、变压器、整流滤波电路等元件损耗发热而失去的功率(当然包括电磁辐射和噪音所发射的能量,不过相对来说微不足道)。显而易见,如果电源效率低,不但输出功率低,而且发热严重,容易出故障,风扇噪音也会很明显。
4. 电压适应范围
美、日等国使用110V的交流电源标准,而中国和欧洲则为220V。传统的适应方法是使用一个拨动开关来改变整流滤波的方式,达到适应两种电压的目的,而新式高端产品采用宽电压适应范围的设计,可以适应90~240V的电压输入,在供电状况恶劣的地区尤其有用。
5. 噪音
普通电脑电源全部是采用风扇强制排风散热的,噪音的来源主要是风扇。许多电源使用的小风扇噪音非常烦人,而现在许多优质电源采用横置的9cm乃至12cm风扇,而且采用温控设计,可以兼顾散热和静音的要求。图2是典型的横置9cm风扇电源照片。
有些老式的劣质电源的工作频率仅有二十多千赫,有时甚至会降到音频范围内,产生极其恼人的高频噪音,耳朵灵敏的人会听到,这对人,特别是听力灵敏的少年儿童,是特别有害的。典型的优质电源输出级整流滤波前的波形如图3所示。
示波器的数值指示为66.811kHz,扫描速度在5μs挡。这样高的频率有利于磁芯损耗的降低和电源小型化,但对开关管的参数要求更高。无论如何它是肯定远远超出人的听觉范围的。
6. EMC特性
EMC即Electro Magnetic Compatibility,电磁兼容。这是与EMI(电磁干扰)相伴产生的特性指标,现在都有国家强制标准。良好的EMC设计不但要求耐受EMI的程度达标,还要求产生EMI的程度要足够低。电脑电源耐受EMI一般没什么问题,问题在于它是一个严重的EMI干扰源,不论是辐射,还是对电网的回馈干扰,都相当严重,必须采取适当的手段去解决。各厂家的不同电源产品差异较大。优良的产品一般都包含两级以上的EMI滤波电路,如图4所示。这样的双向过滤措施使得电源内部和电网“井水不犯河水”,都保持良好的环境。
电脑电源的软件测试
对开关电源的测试比较专业,一般人不具备相应的知识和设备。虽然我们打开电源外壳看就能估摸出个大概,问题是购买新电源一般不允许这样做,更有甚者购买整机连主机都不许拆开,否则会失去保修。这种情况下我们如何检查电源质量呢?我们可以用软件进行测试。
首先我们需要主板管理软件来读取主板上的各组电压值,最著名的管理软件即MBM5,另外有些主板(如华硕)有自己的管理软件ASUS PC PROBE。
其次我们需要一个专门设计的控制软件来驱动测试过程并记录测试过程中的各种参数,而OCCT正是为这样的测试量身定做的(需要配合MBM5使用)。其基本原理即利用了P4 级CPU的巨大功耗,通过驱使CPU高速运转来使电源负载加重,从而测试出电源的稳定性。所以如果您使用P3及更老的CPU,测试的意义就不大了。
虽然这样的测试对于电源的诸多参数是无能为力的,不过对电源的负载能力和稳定性这些关键指标,还是具有比较大的参考价值的。
软件的下载地址:
MBM5370: http://mbm.livewiredev.com/download/MBM5370.exe;
OCCTv0.91:ftp://ftp2.ocbase.com/ocbase3/OpenBeta/OCCTv0.91.exe。
电源的试验和维修
对于DIYer和学习维修的人员,试验和维修电源是免不了的。这里给大家提出一些必要的注意事项。
拿来一款情况不明的电源时,切忌直接接主板试验,特别是价值高昂的新主板。笔者就曾有过劣质电源电压高出一倍多而将主板完全烧毁的经历。
但是许多人直接将PS ON脚短接到地(ATX插头13、14脚短路)的方法也是不可取的。因为现在的ATX电源大部分都是智能控制的,没有负载就不工作,因此会造成电源损坏的假象。建议大家用一根十几欧姆的电阻丝作负载加到+5V回路,然后再开机测量电压。绝大多数电源都是从+5V取样控制稳压的,只要+5V有合适负载即可启动。
至于有故障电源的检查,只要能启动,也应采取加负载再测电压的原则,否则常见的电容失效带来的故障不容易发现,容易走弯路。
如果有兴趣,还可以采取各组电压均加合适的额定负载,再看电压波形的测试手段,以得到详实的输出性能指标。
文/杨世平


