第二讲：PC电源的技术指标.doc

1、第二讲：PC 电源的技术指标一、 电气性能电气性能方面业界一般采用 Intel 的ATX Power Supply Design Guide和SFX Power Supply Design Guide ，这里还可参考公司标准“微机用开关稳压电源” ，其它的见以下的“电源应符合的标准与规范” ，这里只介绍一些常用的基本技术指标。1、 交流输入：11 相数：PC 电源现在采用的是单相 3线制，即火线、零线和大地线。12 额定输入电压和电压变动范围：日本配电电压有 AC 100V 和200V，美国是 AC 110V，欧洲是否 AC 200V 240V,不同的地区和国家有差异，变动范围一般是10，但考

2、虑配线和各国不同的电源情况，其变动范围多为15 10。开关电源几乎都以电容输入平滑方式作输入方式，所以会出现由高谐波失真引起的电压波动的问题，不过一般可用正弦波保证上述范围，输入电压失真大时要标明。日本出口设备的输入电压多采用 AC 85V 132V（向 AC100V 120V地区出口）和 AC 170V 264V（向 AC 200V 240V地区出口）两种，以适用于世界各国，中国国内输入电压为 AC 180V 264V，出口电源的输入电压均采用 AC 85V 135V（向 AC 100V 120V 地区和国家出口）和 AC180V 264V（向 AC200V 240V地区和国家出口）两种，当

3、然，也有特殊地区和国家的输入电压范围，要作相应的输入电压设计线路了。为了方便生产和安装，对于使用不同输入电压的地区和国家，电源统一在输入线路部分安装了切换开关，作以上两种输入电压的切换，这就要求，必须明白出货地点的输入电压规格，以免出错，同时，对于安装了此切换开关的电源，一般要求在输入线路中安装输入电压异常保护器件吸收器件（如压敏电阻、负温电阻等） ，以保护后面线路的正常，从而保护电源所接机器设备的安全。13 频率：一般输入电压频率为 47Hz 63 Hz,PC电源对频率变动范围等特性影响不大，但要注意因增加输入滤波器的电容电流和输入整流二极管的损耗会使效率下降以及 EMI指标等问题。14 输

4、入电流：电源输入电流的最大值发生于输入电压的下限和输出电压电流的上限，因此，要在输入插座前标明该条件下的输入电流有效最大值，为了避免发生这种不良情况，PC 电源特在输入电压线路后加保险丝管，作输入电流的保护功能，当然，保险丝管熔断的最大电流值小于此电源输入电流的最大值。额定输入电流是输入电压和输出电压在额定条件时的电流。15 输入浪涌电流限制：有的表现为脉冲电压，这是输入电压的波形以 1分钟以上的间隔按规定的次数外加上一定的浪涌电压（如三个电网周期） ，共同产生的电流对电源和外接机器设备的影响，以避免发生绝缘破坏、闪烁、电弧等异常现象。16 抗扰度：只要是用电装置，都会对周围产生不同程度的电磁

5、和辐射干扰，电源工作时，所产生的静电放电、电压快速瞬变、射频 工频电磁场对用电机器设备的抗扰程度，也经常所说的电磁干扰，所包含的内容很多，如电磁传导，中国的电磁传导标准是 CCEET长城认证 A级和 B级等等，不同的国家有具体的标准，以及测试和检验方法，后面会讲到此具体内容。17 冲击电流：冲击电流系输入电压按规定时间间隔接通或断开时，输入电流达到稳定状态前所通过的最大瞬时电流（即 0 P 峰值） ，PC 电源输入接通和输出电压上升时两种情况。它受输入开关等容量的限制，一般是 20A到 50A。其测试的目的与前面所讲的输入浪涌电流限制有些相同。18 漏电流：漏电流是流经输入地线的电流，在电源中

6、主要是通过静噪滤波器的旁路电容器泄漏电流，漏电流规范是为防止触电危险而根据 IEEC等各国安全标准和机器设备类别制定的，但也考虑到在机器设备中的使用，一般多规定为 0.5mA 1mA.不执行各国安全标准时，需确定测定条件（因高频部分也有电流通过） 。19 效率： 一种指输入输出额定的输出功率除以输入有效功率所得的数值。虽说因输出电压、电流和功率因数及开关方式而异，但一般 PC电源在 65 80左右，其变化也受输入和输出的可变条件影响，故也要注意机器设备的散热等情况，一般按输入电流确定。另一种为能源之星，输出负载为最小时，输入功率不能大于一定数值（如 30W等） 。110 功率因数：有关此方面的

7、内容，请看后面详细讲到的“谐波电流、功率因数及 PC电源的 PFC技术” ，这里就不再多赘述了。2、 直流输出：名词解释：A. 输出端的直流电压的公称值称为额定输出电压，对于其公称电压规定有精度与纹波系数等，B. 额定输出电流（也叫负载）是指输出端供给负载的最大平均电流。根据电源分类和采用的线路不同，多路输出电源中某路输出电流增大时，另路某组电压会有变化（减小或增大） ，一般 PC电源，多是在初级侧允许功率范围内，增大次级侧各路输出功率。C. 稳压精度也称输出电压精度或电压调整率，输出电压变动有多种原因，以下项就可能造成。21 电网调整率：这是指其它指标不变（如输出负载电流等） ，在规定的范围

8、内输入电压缓慢变动时输出电压和纹波杂讯的变动，即5V、12V、3。3V、5VSB 电压变化范围为5，5V 和12V 变化范围为10，纹波5V、3。3V、5VSB 为 50mV, 12V为 120mV，5V 为 100mV。22 负载调整率：这是指其它指标不变（如输入电压等） ，在规定的范围内输出负载电流缓慢变动时输出和纹波杂讯的变动，即5V、12V、3。3V、5VSB 电压变化范围为5，5V 和12V 变化范围为10，纹波5V、3。3V、。5VSB 为 50mV, 12V为 120mV，5V 为 100mV。23 综合调整率：这是指输入电压和输出负载电流都缓慢变动，输出电压和纹波杂讯的变动。2

9、4 动态负载调整率：这是指在规定的变化幅度，输出电流急剧变化时输出电压和纹波杂讯的变动。25 过冲幅度：这里指输入电压变动或输出负载电流变动时，所测试的输出电压的幅度，一般为10，如5V 变化范围不能超过0.5V 。26 容性负载：输出电压不仅带阻性负载,还需带容性负载，在“P4 电源基本知识介绍”有介绍。3、 控制和时序：输出电压必须依一定时序要求响应电脑主板（如 CPU、内存等器件） ，才能处理信息，如下图示：具体时序规格如下表 31：启动时间 T1 2.4 VDC, 2.0VDC, 5.25VDC6、 输出端保护：当外接机器设备因某一原因没有正常工作，为了保护电源和机器设备，电源必 须有

10、保护功能，直接关闭电源，使电源停止工作，61 过压保护： 当输出电压超出额定范围时，电源作过压保护动作，PC 电源过压范围如下：5V 过压电压: 6.3V；3.3V 过压电压: 4.3V；12V 过压电压: 15.8V；62 短路保护：当输出电压与地接通时，电源作短路保护动作。63 过流保护：当外接机器设备所用的功率总和，超过电源额定功率一定数值时（一般为额 定功率的 110130%）时，电源作过流保护动作。64 过热保护：当电源风扇不良（如转速慢或风扇坏等） ，不能正常排风冷却电源内部器件，就发生了过热现象，此时，电源作过热保护动作。65 欠压保护：当输出电压低于额定范围时，电源作欠压保护动

11、作，PC 电源欠压一般指5V 和12V 电压，范围如下：5V 过压电压: 4.2V12V 欠压电压: 10V二、外观和尺寸：1、标签和标志必须有：生产厂商名称、产品编码、输入电压电流标称、警告标志。a) 装尺寸：见“电源构造详解”b) 气流和风扇：电源是一种能量转换装置，自然会产生热量，电源内部的热量会形成热气流，须将其排出电源壳外部，这就是使用电源风扇的原因了。c) 交流插座和直流插座：电源是安装在电脑机箱上，作整机使用，其交流插座尤为重要，这些要求符合 Intel 公布的ATX Power Supply Design Guide和SFX Power Supply Design Guide标

12、准，有些电源安装了直流插座，作一些輔助功能，如 LED显示器插座（12V） 、CD-ROM 插座等，包括整个结构也要符合一定的安全认证，才能出售使用。三、环境：1、 温度：运行温度10到50，非运行温度10到702、 温度冲击：温度10到70，15分Dt/dt30 分,50 周期。3、 湿度：运行 85，非运行 95。4、 海拔高度：运行 3000 米，非运行 15000 米。四、可靠性:平均无故障时间 MTBF100，000 小时（常温） ，30，000 小时（高温） 。五、 电磁兼容：1、 国内 CEMC 认证， 信息技术设备的无线电干扰极限值和测量方法 GB925498。2、 欧共体 C

13、E 认证：EN55022，EN55024 标准。3、 美国 FCC 认证，FCC Part15 标准六、安全：1、 国内的 CCEE 认证信息技术设备（包括电气事务设备）的安全 GB494395。2、 欧共体 CE认证，EN60950 标准。3、 美国及加拿大 CUL认证，UL1950 标准。4、 国际电工委员会 CB认证，IEC950 标准。安全内容简述如下（普通性）：a) 高压强度：指输入端火线对大地线之间的电压强度，指标为：AC 1500V漏电流10mA/时间 2S 。b) 绝缘强度：指输入端火线对大地线之间的绝缘强度，指标为：DC 2200V漏电流0.1mA/时间 2S 。c) 泄漏电

14、流：指输入端火线对大地线之间的通电漏电流，指标为：AC 242V&220V漏电流 3.5mA/时间 2S 。d) 地阻：输入大地线与外壳之间的连接强度，指标为：DC 25A电阻值0.1/时间 2S 。七、 电源应符合的标准与规范：以下是电源的一些标准与规范的综合，供参考：与 PC电源相关的标准和规范有很多，它们从不同的角度对电源提出了不同的要求，是电源是否合格的重要判据，在此对它们分成两类作一简单介绍：71 一类标准是强制性标准，是电源必须满足的标准：711 电气安全方面：GB 4943-1995信息技术设备(包括电气事务设备)的安全 （等同IEC950-1986） 。产品不仅要符合该标准的要

15、求，而且还必须能够获得权威机构的认可才能够进行生产和销售，也就是通常所说的安全认证。产品的安全性是每个国家和地区都非常重视的问题，因为它直接关乎到人的生命安全。国内的安全认证叫做长城认证，由中国电工产品认证委员会（CCEE）专门进行电工产品安全认证和相关的合格认证活动。712 电磁兼容方面：GB 9254-1998信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法 （等同CISPR 22:1997） 。该标准主要对产品产生的传导干扰和辐射干扰提出了限制。其目的就是要求产品在使用时，不能干扰其他设备的正常运行。713 谐波电流方面：GB 17625.1-1998低压电气及电子设备发出的谐波电流限值（设备每相

16、输入电流16A） （等同 IEC 61000-3-2:1995） 。该标准是针对产品对电网造成的影响而制定的，这种影响称为电力污染，谐波电流的问题也是一个越来越受人们重视的问题，欧洲地区已经从 2001年起开始强制实施谐波电流限制的标准，国内从 1998年就颁布了相应的标准，但尚未强制实施。对谐波电流进行抑制的技术习惯上也叫功率因数校正技术（PFC） 。有关谐波电流、功率因数以及 PFC技术可以参考附文“谐波电流、功率因数及 PC电源的 PFC技术” 。所有强制性的标准有合并到一起进行认证的趋势，已经有相关的文件颁布，将会在 2003年实施。实施后认证名称称为 CCC认证。72 另一类标准是非

17、强制性的标准，也可以叫做推荐标准。721 电磁兼容方面：GB/T 17618-1998信息技术设备抗扰度限值和测量方法 （等同 CISPR 24:1997） 。该标准与 GB 9254-1998信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法其实是产品电磁兼容性的两个方面，GB9254 着眼于产品发出的干扰，而 GB 17618则是产品应具备的抗干扰能力，只有同时满足这两方面的要求才算完善的产品，才能保证不同的设备同时使用时不会互相影响。但这两方面有轻重之分，而干扰相比较抗扰会造成更严重的问题，所以 GB 9254是强制性标准而 GB/T 17618属于推荐标准。722 综合性：GB/T 14714-1

18、993微小型计算机系统设备用开关电源通用技术条件该标准在国际上并没有相对应的标准，是我国专门针对计算机电源产品编写的一份指导性的标准，它的内容涉及产品的性能、环境、制造、检测、包装、运输等等内容。虽然不属于强制性标准，但它所包含的内容比较全面，有很好的参考价值和指导意义。723 Intel：ATX/ATX12V Power Supply Design Guide ， SFX/SFX12V Power Supply Design Guide 。最后要介绍的规范，就是 Intel的这两个电源设计指南，这两份设计指南虽然不是由国家机构发布的标准，严格意义上也不是规范文件，但它却是目前 PC电源领域最

19、重要的产品设计参考，因为 Intel在 PC领域长期处于绝对的领先地位，成了事实上的行业“领头羊”和兼容标准。这两份设计指南中对 PC电源作了非常详尽的描述，从外形结构、接口定义到各个输入输出参数的定义和设定，几乎涵盖 PC电源所有特性。目前全球绝大多数的 PC电源都在依据该指南进行设计、测试、和评价。电源的可靠性电源是在进行能量的处理，其内部器件要承受高电压、大电流、高功率和热量损耗，是整机中容易发生故障的一个部件，因此它的可靠性对整机可靠性有非常重要的意义。据统计显示：引起设备不可靠的原因设计错误约占 1/3，元器件质量约占 1/3，制造、操作和维护约占 1/3。其实后两方面也与设计阶段的

20、考虑不周有关。为了取得高可靠性，必须从设计阶段就开始考虑可靠性的问题。产品的可靠性更大程度上是一个概率与统计的概念，单个产品的失效是随机的，但从统计角度看来产品的失效率则是有规律的，失效率服从两个基本规律：即叠加规律和应力规律，叠加规律是指每个单元的失效率相加就是整机的失效率，每个单元的失效率也就是该单元所有器件失效率的叠加。应力规律是指元器件的失效率与其应力（环境温度、工作电压、功耗）是相关的。利用这两个规律就可以对产品的可靠性进行预测。应力分析的方法是目前最重要的可靠性设计和预测的方法。当设计基本完成，原理图定型时就可获得元器件的应力数据，根据应力可以得到元器件的工作失效率从而得到整机的失

21、效率。要获得高的可靠性设计是最重要的，设计中主要从以下几个角度来处理：1 优选线路。电路设计中尽量多利用标准化的电路或是经过考验可靠性高的电路，并且应尽量采用成 熟的技术。2 电路设计遵循简化原则。在保证设计功能和指标的前提下尽可能以最简单的线路和最少量的元器件来实现设计，减少元器件数量的同时也要压缩品种数可规格。从可靠性角度出发不能为了性能的少许改进而增加大量元器件，3 要有足够的容差设计和最坏情况设计。也就是要考虑元器件参数的公差、漂移以及随环境条件的变化等因素。4 正确选用元器件，并针对元器件工作应力合理进行降额设计。正确选用元器件的类型是首要的，这需要设计者对每种器件的类型有足够的认识。选定类型后再进行降额设计，降额是指元器件在低于其额定值的应力条件下工作。按照元器件类型和降额曲线分别进行温度、电压、功率的降额设计。提高可靠性的方法除了进行良好设计外，还可以通过实验方法进行，其过程是不断恶化产品的环境条件（电压、温度等）直至失效，就可找到最薄弱的环节，然后改进该环节，再继续恶化环境条件，该方法是比较实用的一种方法。可靠性的衡量是失效率或是平均无故障时间 MTBF，两者互为倒数。MTBF 可以进行计算或是通过试验来测定和验证，国内多采用试验验证方法，依据 GB/T 5080.7-1986采用定时（定数）截尾试验方案，进行是否达到预定 MTBF的判断。