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[教程资料] 电脑PC开关电源主动式和被动式PFC及分类知识详解

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发表于 2015-5-3 15:14:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
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电脑PC开关电源主动式和被动式PFC及分类知识详解

  计算机开关电源是一种电容输入型电路,其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失,此时便需要PFC电路提高功率因数。目前的PFC有两种,一种为被动式PFC(也称无源PFC)和主动式PFC(也称有源式PFC)。
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被动式PFC
  被动式PFC一般分“电感补偿式”和“填谷电路式(Valley Fill Circuit)”
  “电感补偿方法”是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包括静音式被动PFC和非静音式被动PFC。被动式PFC的功率因数只能达到0.7~0.8,它一般在高压滤波电容附近。
  “填谷电路式”属于一种新型无源功率因数校正电路,其特点是利用整流桥后面的填谷电路来大幅度增加整流管的导通角,通过填平谷点,使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波形,将功率因数提高到0.9左右,显著降低总谐波失真。与传统的电感式无源功率因数校正电路相比,其优点是电路简单,功率因数补偿效果显著,并且在输入电路中不需要使用体积大重量沉的大电感器。
主动式PFC
  而主动式PFC则由电感电容及电子元器件组成,体积小、通过专用IC去调整电流的波形,对电流电压间的相位差进行补偿。主动式PFC可以达到较高的功率因数──通常可达98%以上,但成本也相对较高。此外,主动式PFC还可用作辅助电源,因此在使用主动式PFC电路中,往往不需要待机变压器,而且主动式PFC输出直流电压的纹波很小,这种电源不必采用很大容量的滤波电容。

  PFC(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)之间的关系,也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。目前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)。
2074805_9_thumb.jpg   主动式PFC主要由高频电感、开关管、电容以及控制IC等元件构成,可简单的归纳为升压型开关电源电路,这种电路的特点是构造复杂,但优点很多:功率因数高达0.99、低损耗和高可靠、输入电压可以从90V到270V(宽幅输入)等,由于输出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。
有源PFC,又叫主动PFC,在其电路中往往采用集成度高集成度的IC,可以适应90V~270V输入电压,并有高于0.99的线路功率因数和较高的可靠性的优点。输出不随输入电压的波动变化,因此可以得到高稳定的输出。
  同无源PFC相比有源PFC不再需要采用很大容量的滤波电容。但是采用主动PFC设计的电源价格比较高。主动PFC不代表比被动PFC性能强,也不是什么高档的象征,对于普通用户来说,主动PFC的主要作用就是宽电压了。
  主动的损耗多一些。那个80%完全是因为12v占输出功率比重增加而带来的,也就是说其他电源只要输出功率12v比重增加效率就会上去,根本不是什么稀奇事情。而且,电源必须工作在某种负载条件下才可能达到最高效率,比如400w电源带350w负载效率最高,而用户不可能保持随时都是350w的用电功率,因此fsp的每年节约多少多少纯粹误导,只是用来促销让你掏钱用的熬头。
  不过,这里也需要注意,“功率因数”并不就等于“转换效率”。现在有些商家将主动式0.99的功率因数解释为能得到99%的电源转换效率,这很显然这是不对的。虽然两个都是描述省电的概念,但对于个人而言两个概念的意义是不一样的。PFC“功率因数”高是为国家省钱,而“转换效率”高是为用户省钱。

  PFC(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)之间的关系,也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。目前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)。
2074805_10_thumb.jpg   被动式PFC通常为一块体积较大的电感,其内部由多块硅钢片外部缠绕铜线而组成,它的原理是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,因此其效率也比较低,发热量也比较大。被动式PFC也并非一无是处,其结构简单,稳定性上表现好,比较适合中低端电源。
  不过,这里也需要注意,“功率因数”并不就等于“转换效率”。现在有些商家将主动式0.99的功率因数解释为能得到99%的电源转换效率,这很显然这是不对的。虽然两个都是描述省电的概念,但对于个人而言两个概念的意义是不一样的。PFC“功率因数”高是为国家省钱,而“转换效率”高是为用户省钱。

  电脑电源是电脑各部件供电的枢纽,是电脑的重要组成部分。把220V交流电,转换成直流电,分别输送到各个元件。
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电源分类
  3.1 PC/XT电源
  IBM最先推出个人PC/XT机时制定的标准。
  3.2 AT电源
  也是由IBM早期推出PC/AT机时所提出的标准,当时能够提供192W的电力供应。
  3.3 ATX 电源
  ATX规范是Intel公司于1995年提出的一个工业标准,时至今日,ATX架构电源已经称为业界的主流标准。ATX是英文AT Extend的缩写,可以翻译为“AT扩展”标准,而ATX 电源就是根据这一规格设计的电源。目前市面上销售的家用电脑电源,一般都遵循ATX 规范。标准尺寸为150x140x86mm。
  3.4 BTX 电源
  BTX(Balanced Technology eXtended)电源是也就遵从BTX 标准设计的PC 电源。可以理解为是intel为了品牌机厂商生产便利的一个变通。BTX 电源兼容了ATX 技术,其工作原理与内部结构基本同ATX相同,输出标准与目前的ATX12V 2.0 规范一样,电源输出要求、接口等支持ATX12V、SFX12V、CFX12V和LFX12V。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,采用了不规则的外型。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。BTX相对于ATX并不是一个革新性的电源标准。
  3.5 EPS电源
  EPS电源和紧急供电系统(UPS)是完全不同的概念。2002年开始随着数字化时代的发展,出现了为新生的工作组(WorkStation)和服务器机箱供电的SSI EPS标准。ATX电源的标准ATX2.03规定的主板电源是20pin,CPU电源为4pin。而EPS的特点是主板电源24pin,CPU电源8pin。所以现在经常看到的主板电源为20+4pin,CPU电源为4+4pin的ATX电源其实是ATX电源的扩展,正确名称应该为“ATX/EPS”。
  现在流行的家用机主板CPU电源经常会有8pin的接口,普通的ATX电源上的4pin就可以完全满足其用电量(剩下4pin)。ATX电源上会有8pin接口这样的出现是因为intel的至强系列CPU被要求必须有8pin的供电——现行普通CPU的耗电量已经达到了70W以上,这样服务器双CPU就会超过140W,用12V换算的话就是超过12A以上的电流,4pin的四根细线线很明显对主板供电会不稳定,而且这也会造成安全隐患。ATX的20pin也是一样的道理,考虑到向更远的未来发展,主板厂商在普通家用主板上首先推出了24pin主板,而后ATX的单CPU上也出现了8pin接口,完全兼容了EPS标准。而这样的主板使用标准ATX电源也是完全可以的,不过出于安全考虑,最好把所有的线都接上。
  3.6 WTX电源
  WTX电源(Workstations TX)就是工作站电源,介于服务器和家用机之间,也可以理解为ATX电源的加强版本。当时由于PentiumIII Xeon(Slot2)的出现而提出的标准。尺寸上比ATX电源大,供电能力也比比ATX电源强,常用于服务器和大型电脑。WTX电源属于IA服务器电源的架构之一。
  3.7 SFX、CFX、LFX电源
  SFX电源、CFX电源、LFX电源同WTX电源一样,都可以说是ATX的变种,都在尺寸,功率上都有各自的规范,都同BTX电源一样兼容现在ATX系列主板。这些电源都是为了适应现在小型机箱没有独立显卡,体积小的特点而规定的标准,以方便个人组装电脑时选购不同的机箱等配件。CFX12V 适用于系统总容量在10~15 升的机箱;而LFX12V 则适用于系统容量6~9 升的机箱,目前有180W 和200W 两种规格;SFX电源尺寸125x100x63.5mm。
电源连接线
  对于不同定位的电源,它的输出导线的数量有所不同,但都离不开花花绿绿的这9种颜色:黄、红、橙、紫、蓝、白、灰、绿、黑。健全的PC电源中都具备这9种颜色的导线(目前主流电源都省去了白线)。
  黄色:+12V(标准范围:+11.40-+12.60)
  蓝色:-12V(标准范围:-10.80--13.20)
  红色:+5V(标准范围:+4.75-+5.25)
  白色:-5V(标准范围:-4.50--5.50)
  橙色:+3.3V(标准范围:+3.14-+3.45)
  绿色:P-ON(电源开关端)
  灰色:P.G信号线

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