2006年12月14日

(Denlee,2006年9月18日)

今天整理了一下ATX12V电源接口定义,包括20针和24针主电源接口,以及其他接口。

1. ATX12V 20针接口定义

颜色、针脚、功能对照图:

功能描述:

Pin Name Description
1 +3.3V 提供 +3.3V 电源
2 +3.3V 提供 +3.3V 电源
3 COM
4 +5V 提供 +5V 电源
5 COM
6 +5V 提供 +5V 电源
7 COM
8 PWR_OK Power OK,指示电源正常工作
9 +5VSB 提供 +5V Stand by电源,供电源启动电路用
10 +12V 提供 +12V 电源
11 +3.3V 提供 +3.3V 电源
12 -12V 提供 -12V 电源
13 COM
14 PS_ON 电源启动信号,低电平-电源开启,高电平-电源关闭
15 COM
16 COM
17 COM
18 NC 未定义(从ATX12V1.3版开始,取消了-5V)
19 +5V 提供 +5V 电源
20 +5V 提供 +5V 电源

2. ATX12V 24针电源接口定义

颜色、针脚、功能对照图:

功能描述:

Pin Name Description
1 +3.3V 提供 +3.3V 电源
2 +3.3V 提供 +3.3V 电源
3 COM
4 +5V 提供 +5V 电源
5 COM
6 +5V 提供 +5V 电源
7 COM
8 PWR_OK Power OK,指示电源正常工作
9 +5VSB 提供 +5V Stand by电源,供电源启动电路用
10 +12V 提供 +12V 电源
11 +12V 提供 +12V 电源
12 +3.3V 提供 +3.3V 电源
13 +3.3V 提供 +3.3V 电源
14 -12V 提供 -12V 电源
15 COM
16 PS_ON 电源启动信号,低电平-电源开启,高电平-电源关闭
17 COM
18 COM
19 COM
20 NC 未定义(从ATX12V1.3版开始,取消了-5V)
21 +5V 提供 +5V 电源
22 +5V 提供 +5V 电源
23 +5V 提供 +5V 电源
24 COM

2006年9月18日

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2006年12月13日

 

电脑硬件性能在迅速提高的同时,产品的功耗也是大幅的上升。特别是CPU、GPU在机箱内争夺有限的电力资源。在这种发展趋势下,大功率的电源需求越来越常见,人们对于电源,这个以往默默无闻的配件也开始越来越关心了。为了让大家进一步了解电源的重要性,本文搜集了一些电源相关的基础知识。

1.电源的工作流程是怎样的?

 

答:当市电进入电源后,先经过扼流线圈和电容滤波去除高频杂波和干扰信号,然后经过整流和滤波得到高压直流电。接着通过开关电路把直流电转为高频脉动直流电,再送高频开关变压器降压。然后滤除高频交流部分,这样最后输出供电脑使用相对纯净的低压直流电。

2.EMI电路的主要作用是什么?

答:EMI电路的作用是滤除由电网进来的各种干扰信号,防止电源开关电路形成的高频扰窜电网。EMI也是CCC认证一个重要内容。

3.什么是高压整流滤波电路?

答:高压整流滤波电路由一个整流桥和两个高压电解电容组成。作用是把220V交流市电转换成300V直流电。

4.高压电解电容一般有哪几种?

答:高压电解电容我们通常所说的大电容,一般有两个,由于其耐压值特别高,所以体积非常大。按容量分,高压电解电容一般有330uf、470uf、680uf、820uf、1000uf、1200uf等,耐压值一般是200V,耐温85度。

5.开关电路的原理是什么?

答:开关电路的原理是由开关管和PWM(Pulse Width Modulation)控制芯片构成振荡电路,产生高频脉冲。将高压整流滤波电路产生的高压直流电变成高频脉冲直流电,送到主变压器降压,变成低频脉冲直流电。

6.低压整流滤波电路的原理是什么?

答:低频脉冲直流电经过二极管整流后,再由电解电容滤波,这样,输出的就是不同电压的稳定的电流了。由于这里电压已经很低了,所以尽管电容容量很大,通常有1000uf、2200uf等,但由于不需要很高的耐压值,所以电容体积很小。

7.辅助电路有什么作用?

答:300V直流电通过辅助电源开关管成为脉冲电流,通过辅助电源变压器输出二组交流电压,一路经整流、三端稳压器稳压,输出+5VSB,加到主板上作为待机电压;另一路经整流滤波,输出辅助20V电源,供给PWM等芯片工作。有了辅助电路,计算机就可以实现软件开机、关机了。

8.什么是PFC?

答:PFC(Power Factor Correction)即"功率因数校正",主要用来表征电子产品对电能的利用效率。功率因数越高,说明电能的利用效率越高。通过CCC认证的电脑电源,都必须增加PFC电路。位置在第二层滤波之后,全桥整流电路之前。PFC有两种,一种是无源PFC(也称被动式PFC),一种是有源PFC(也称主动式PFC)。

9.主动式PFC有什么特点?

答:主动式PFC输入电压可以从90V到270V;功率因数高于0.99,并具有低损耗和高可靠等优点;可用作辅助电源,而不再需要辅助电源变压器;输出DC电压纹波很小,因此采用主动式PFC的电源不需要采用很大容量的滤波电容。

10.被动式PFC有什么特点?

答:被动式PFC一般采用电感补偿方法,通过使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数,被动式PFC的功率因数不是很高,只能达到0.7~0.8,并且发热量比较大。

11.电源的软件开机关机功能通过什么实现的?

答:电源的软件开机关机功能是通过PW-OK电路实现的。待机时PW-OK向主机输出零电平的电源自检信号,主机停止工作处于待命状态。受控启动后,PW-OK在开关电源输出电压稳定后再延迟几百毫秒由0电平起跳到+5V,向主机输出高电平的信号。该信号相当于AT电源的PG信号。主机检测到PW-OK电源完好的信号后启动系统。在主机运行过程中若遇市电掉电或关机时,PW-OK输出信号比ATX开关电源+5V输出电压提前几百毫秒消失,通知主机触发系统在电源断电前自动关闭,防止突然掉电时硬盘磁头来不及移至着陆区而划伤硬盘。

12.什么是传导干扰?

答:传导干扰是用来衡量电子产品在运行过程中对整个电网发送电子干扰信号大小的一个概念。所有的电子产品在用电时都会对电网发出干扰信号,如果干扰信号过大,就会影响整个电网的用电质量,从而干扰到其他电器的正常运行。因此,大多数国家对电子产品的传导干扰指标都有一个硬性的规定,禁止传导干扰过大的产品生产、销售。

13、什么是浪涌电流?

答:浪涌电流指电源接通瞬间,流入电源设备的峰值电流。由于输入滤波电容迅速充电,所以该峰值电流远远大于稳态输入电流。电源应该限制AC开关、整流桥、保险丝、EMI滤波器件能承受的浪涌水平。反复开关环路,AC输入电压不应损坏电源或者导致保险丝烧断。

14.什么是转换效率?

答:由于电源在工作中,有部分电能转换成热量损耗掉了。因此,电源必须尽量减少热量的损耗。转换效率就是输出功率除以输入功率的百分比。1.3版电源要求满载下最小转换效率为70%。2.0版更是将推荐转换效率提高到了80%。

15.功率因数与转换效率有什么区别?

答:尽管功率因数和转换效率都是指电源的利用率,但区别却很大。简单的说,功率因数产生的损耗是电力部门负担,而转换效率的损耗是用户自己负担。可以看得出来,功率因数、EMI等都是对国家电网的保护。

16.什么是额定功率?

答:额定功率是指电源在稳定、持续工作下的最大负载,额定功率代表了一台电源真正的负载能力,比如,一台电源的额定功率是300W,其含义是每天24小时、每年365天持续工作时,所有负载之和不能超过300W。但实际上,电源都有一定的冗余,比如额定功率300W的电源,在310W的时候还能稳定正常工作,但尽量不要超过额定功率使用,否则可能导致电源或其他电脑部件因为过流而烧毁。

17.什么是过功率保护?

答:除了额定功率之外,还有一个数据,叫"过载保护",英文叫"OPP"。过载保护指电源的负载持续上升,达到某个点了,电源就自动断电,以免出现过流损坏电源或者电脑的其他部件。OPP值通常是额定功率的1.3倍左右,有些厂商把OPP设得太高,其实是不安全的。在额定功率和OPP之间,会有一个区间,比如,新冷钻额定功率300W,OPP为370W,那么,300-370W之间的这个区域就是一个"盲区"。如果在这个区间停留的时间过长(一般可以持续数十秒时间),很可能导致电源或电脑的其他部件烧毁。

18.温控电源的原理是什么?

答:温控电路主要是通过热敏电阻实现的。当电源开始工作时,风扇供电电压为7V,当电源内温度升高,热敏电阻阻值减小,电压逐渐增加,风扇转速也提高。这样就可以保持机壳内温度保持一个较低的水平。在负载很轻的情况下,能够实现静音效果。负载很大时,能保证散热。

2006年4月19日

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ATX电源从当初最早的ATX1.0版本开始,伴随着PC的不断升级,特别是PC架构的不断更新,ATX电源的标准也经过了多次的变化和完善。自从2000年开始,为了配合P4时代的来临,ATX12V标准开始大行其道。直至去年年底,为了适应65纳米制造工艺的双核处理器,最新的ATX12V 2.2电源标准也已经新鲜出炉。为了配合自己的装机需求,选购适合自己的PC电源产品,本文将对ATX电源版本进行简单的讲述和分析。

为了符合Intel P4处理器的工作环境,Intel在推出P4处理器的同时,也推出了ATX12V电源规范,来代替原先的ATX2.03版本。ATX12V与ATX2.03相比,主要有了3点的变化:

(1)ATX12V加强了+12VDC端的电流输出能力,对+12V的电流输出、涌浪电流峰值、滤波电容的容量、保护等做出了新的规定。
(2)ATX12V增加的4芯电源连接器为P4处理器供电,供电电压为+12V。
(3)ATX12V加强了+5VSB的电流输出能力,改善主板对即插即用和电源唤醒功能的支持。

此前的ATX2.03电源标准对+5v和+3.3有较大的消耗,而+12则主要用于光驱和硬盘。不过随着高性能处理器和显示卡的推出,情况有了明显的改观,PC系统对电源的需求也变得求贤若渴起来。针对这种情况,Intel对ATX标准进行修订,推出了ATX12V电源标准。ATX12V与ATX2.03的差别主要是通过12V电压调整器为CPU供电,而不再是以前由5V提供;ATX 12V里加强了+12V输出能力,并对涌浪电流峰值、滤波电容的容量、保护等做出了规定,特别对CPU增加了4针的电源接口伴随着P4处理器的推出而应用。+5VSB的输出确保了主板对USB等设备和电源唤醒功能的完善。

随后ATX12V 1.2、1.3、2.0相继推出:

(1)1.3版加强了+12V的输出能力,以适应INTEL新型的Prescott大功率CPU。
(2)1.3版电源转换效率有所提高:
(3)1.3版取消了-5V的输出端口。
(4)2.0版进一步加强+12V的输出能力,+12V采用两组输出,分为+12VDC1、+12VDC2,有一组专为CPU供电。
(5)2.0版进一步提升电源的转换效率。

        由于处理器功耗的不断提升,ATX12V电源规范从推出至今已经有了多次修改,在短短的两年时间里,Intel就先后两次升级了ATX电源的规格。随着吞电怪兽Prescott CPU的出现,系统对12V的输出电流有了更高的要求,而且线材的承受能力有限,这就对为CPU供电的+12V输出电流提出了更高的要求,电源也从ATX12V 1.0、ATX12V 1.1、ATX12V 1.2版升级到了ATX1.3版本。

        ATX12V 1.3版主要是增强了12V供电,同时增加了对SATA硬盘的供电接口,提高了电源的转换效率。虽然以目前的电源技术,+12V单路输出完全可以做到更高,但会导致其输出线材存在较大的安全隐患,同时也会有较大的线路损耗,为此Intel专门限制了单路+12V输出不得大于240VA。此外,ATX12V 1.3还取消了-5V这个电压的供给。本来-5V的电压是给ISA插槽使用的,但是随着ISA插槽的淘汰,-5V电压已经早就用不上了,因此ATX12V规范中已经正式取消了这个-5V电压的供给,所以一些较为新型的电源就根本没有这个电压的输出。同时,在ATX12V 1.3规格中,满载时电源转换效率从68%提高到了70%。

        随着PCI-E设备的出现,系统功耗再次攀升,对+12VDC的需求继续增大。在不改动ATX电源输出规范的情况下,传统的ATX12V 1.3电源已经不能通过改动内部设计来满足所有硬件对+12V的需求,因此针对915/925系列芯片组主板制定的ATX12V 2.0规范应运而生。ATX12V 2.0版仍然是ATX电源规范的一种,在本质上,ATX12V 2.0规范就是为了解决CPU功耗极度高涨的问题而制定的。与ATX12V 1.3版本相比,ATX12V 2.0版本最是明显的改进就是+12V增加了一路单独的输出,即采用了双路输出,其中一路+12V(称为+12V1)专门为CPU供电,而另一路+12V2则为其它设备供电。一个计算机的开关电源,+12VDC的输出如果是22A的话,这在安全方面是不允许的。FCC(美国联邦通讯委员会)在这方面作出了非常明确的规定,计算机电源的任何一路直流电压输出不允许超过240VA,举例说明为如果某一路输出电压为40V,那么这一路电流最多为240VA除以40V等于6A,在电流达到6A之前,电源应该进入到过流保护状态或者关机。而Intel希望的+12VDC输出要求达到22A,这已经超出了FCC对安全的要求,已经可以达到+12V×22A=264VA,已经远远大于了240VA的安全要求。在这种情况下下,Intel另辟蹊径,在ATX12V2.0标准中将+12VDC分成了+12V1DC和+12V2DC两条线路输出。+12V1DC通过电源的主接口(12×2)给主板及PCI E显卡供电,以满足PCI Express X16显卡和DDR2内存的需要;而+12V2DC通过(2×2)的接口专门为CPU供电。在实际上,主板上的+12V1DC和+12V2DC在布线上也是完全分开的。由于采用双路12V输出,因此主电源接口也从原来的20Pin改为24Pin输出。
        虽然很多厂商提供旧版本电源加上24pin的主板转接头,以替代研发ATX12V 2.0版本的电源,虽然在使用上还没发生大问题,但仅是一时的替代方案,无法完全取代正版的ATX12V V2.0电源,因为这样的作法存在下列缺点:一是无法改善+12V不足的现象,不能满足新系统对+12V输出增加的强烈需求,尤其是ATX12V V1.3以前旧版低瓦特数的电源规格,+12V严重不足,在旧版本电源加上24pin的主板转接头,只是自欺欺人的手法。二是转接头会造成的电压下降问题。 因为+12V输出需求大,若再加上转接线材设计不良,将形成严重的压降问题,影响供电质量。虽然新增一些不同接头,不过使用转接线或特殊的20或24针ATX接头,其仍然和旧规格可以兼容,重要的是当你的旧有电源损坏后,你一样可以在旧主板上使用ATX12V 2.0电源。
        除此以外,Intel ATX12V2.0版本另一个重要就改进就是转换效率增加了。转换效率就是输出功率除以输入功率的百分比。1.3版电源要求满载下最小转换效率为68%。2.0版更是将推荐转换效率提高到了80%。尽管功率因数和转换效率都是指电源的利用率,但区别却很大。简单地说,功率因数产生的损耗是电力部门负担,而转换效率的损耗是用户自己负担。功率因数、EMI电路等都是对国家电网的保护。也就是说电源转换供电,效率并没有100%应用,而是一部分转换为热量。如V1.3版电源效率只达到68%,那也就是说有32%的电能转换成了热能。为了防止热量的聚集影响到电脑的正常运行我们就要把热量散开,就也是就我们为什么装风扇的原因。ATX12V2.0标准在峰值及一般负载下可以到达70%,在低负载下也有60%的成绩,建议的效率数值可以分别在峰值、一般及低负载下到达75%、80%及68%(所谓一般负载是指满载输出值的一半,而低载是满载输出值的20%)。不过小看这些被转为热能的功耗,对400W功率模块而言,可就浪费掉一大笔的电能。
        根据自己系统平台的发展,在ATX12V2.0规范中Intel推荐了四种电源规格,分别为ATX12V2.0版250W,ATX12V2.0版300W,ATX12V2.0版350W和ATX12V2.0版400W,这四个级别的电源中对+12VDC的输出要求至少也要达到22A。
        那么在实际购买的过程中我们怎样来识别真正的Intel ATX+12V2.0版的电源呢?这时,大家可以看看电源上规格贴纸的标示是否有双组+12V输出:主板的接头应为24pin; 6pin AUX 接头已经不见了;效率在满载与一般负载时必须大于70%;在轻载时也必须至少有60%的效率。当然前提是电源本身要有基本的安规认证,其电源上的规格标示才具参考价值。

    例如,航嘉磐石400电源,+12V1=10A,+12V2=15A。而ATX1.3版本以前的电源没有这样2路的标注。当然除了看12V的输出以外,还要看+3V和+5V的联合输出功率,至少要在100W以上,如果你使用的各种卡以及硬盘比较多,最好达到150W则比较稳定。

        最新的ATX12V 2.2规范依然沿用了2.0规范中的双路12V输出设计,只不过是在部分指标上有了进一步提高。具体改变在规范中Intel也已经给了说明,其中较为重点地改变有:增加了最新规格的输出规范并且给出负载交叉图、加强了3.3V与5V的输出能力、削弱了12V的持续供电能力等。
        为了满足新一代大功耗配件的需要,2.2规范中加入了450W的输出规范。在负载交叉图上我们可以看到新版本的450W电源,双路12V最大联合输出功率可以达到400W。如此大功率输出,不论是应付何种高端平台都已不在话下。

        在2.2版规范没有推出时甚至电源还停留在单路12V输出时也有厂家推出450W或者更高功率的电源呀,他们又是怎么做出来的呢?其实,Intel的规范仅仅是给厂家提出了一个设计建议,厂家在推出产品时完全可以根据自己的需要来进行调整。Intel的规范不仅会考虑到电源的输出能力还会考虑到安全电器性,正如规范中要求一款电源单路12V输出不得大于240VA的道理一样。如果厂家自行推出了超过规范中规格定义的产品,那么则不能称之为符合ATX 12V XX规范。

        在最新的ATX 12V 2.2规范中Intel进一步提高了电源的转换效率。不过,通过规范对比我们可以看到改变最大当属电源在轻载时候的转换效率,而典型负载和满载情况下改变却是很少,看来要想进一步提高电源的转换效率就目前科技水平的确已经很难。

2006年4月19日

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