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[经验] 电源小贴士:电源中的+12V/+5V/+3.3V到底给谁供电?

2019-8-19 04:30:00  709 电源 电压
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本帖最后由 Nancyfans 于 2019-8-21 15:35 编辑

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本文主要是关于电源的相关介绍,并着重对电源+12V/+5V/+3.3V的供电进行了详尽的阐述。
  电源
<span]  电源是将其它形式的能转换成电能的装置。电源自“磁生电”原理,由水力、风力、海潮、水坝水压差、太阳能等可再生能源,及烧煤炭、油渣等产生电力来源。常见的电源是干电池(直流电)与家用的110V-220V 交流电源。
  常见类型
<span]  交流稳压电源
  能够提供一个稳定电压和频率的电源称交流稳定电源。国内多数厂家所做的工作是交流电压稳定。下面结合市场有的交流稳压电源简述其分类特点。
<span]  参数调整(谐振)型
  这类稳压电源,稳压的基本原理是LC串联谐振,早期出现的磁饱和型稳压器就属于这一类。它的优点是结构简单,无众多的元器件,可靠性相当高稳压范围相当宽,抗干扰和抗过载能力强。缺点是能耗大、噪声大、笨重且造价高。
<span]  在磁饱和原理的基础上的发育进形成的参数稳压器和我国50年代已流行的“磁放大器调整型电子交流稳压器”(即614型)均属此类原理的交流稳压器。
  自耦(变比)调整型
<span]  1、机械调压型,即以伺服电机带动炭刷在自耦变压器的的绕组滑动面上移动,改变Vo对Vi的比值,以实现输出电压的调整和稳定。该种稳压器可以从几百瓦到几千瓦。它的特点是结构简单,造价低,输出波形失真小;但由于炭刷滑动接点易产生电火花,造成电刷损坏以至烧毁而失效;且电压调整速度慢。
  2、改变抽头型,将自耦变压器做成多个固定抽头,通过继电器或可控硅(固态继电器)做为开关器10件,自动改变抽头位置,从而实现输出电压的稳定。
<span]  该种型稳压器优点是电路简单,稳压范围宽(130V-280V),效率高(≥95%),价格低。而缺点是稳压精度低(±8~10%)工作寿命短,它适用于家庭给空调器供电。
  大功率补偿型——净化型稳压器(含精密型稳压器)
<span]  它用补偿环节实现输出电压的稳定,易实现微机控制。
  它的优点是抗干扰性能好,稳压精度高(≤±1%)、响应快(40~60ms)、电路简单、工作可靠。缺点是:带计算机,程控交换机等非线性负载时有低频振荡现象;输入侧电流失真度大,源功率因数较低;输出电压对输入电压有相移。对抗干扰功能要求较高的单位,在城市里应用为宜,计算机供电时,必须选用计算机总功率的2-3倍左右稳压器来使用。因具有稳压、抗干扰,响应速度快、价格适中等优点,所以应用广泛。
<span]  开关型交流稳压电源
  它应用于高频脉宽调制技术,与一般开关电源的区别是它的输出量必须是与输入侧同上频、同相的交流电压。它的输出电压波型有准方波、梯型波、正弦波等,市场上的不间断电源(UPS)抽掉其中的蓄电源和充电器,就是一台开关型交流稳压电源的稳压性好,控制功能强,易于实现智能化,是非常具有前途的交流稳压电源。但因其电路复杂,价格较高,所以推广较慢。
<span]  直流稳定电源
  直流稳定电源按习惯可分为化学电源,线性稳定电源和开关型稳定电源,它们又分别具有各种不同类型:
<span]  化学电源
  平常所用的干电池、铅酸蓄电池、镍镉、镍氢、锂离子电池均属于这一类,各有其优缺点。随着科学技术的发展,又产生了智能化电池;在充电电池材料方面,美国研制人员发现锰的一种碘化物,用它可以制造出便宜、小巧、放电时间长,多次充电后仍保持性能良好的环保型充电电池。
<span]  线性稳定电源
  线性稳定电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区,靠调整管之间的电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大,需要安装一个很大的散热器给它散热。而且由于变压器工作在工频(50Hz)上,所以重量较大。
<span]  该类电源优点是稳定性高,纹波小,可靠性高,易做成多路,输出连续可调的成品。缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。这类稳定电源又有很多种,从输出性质可分为稳压电源和稳流电源及集稳压、稳流于一身的稳压稳流(双稳)电源。从输出值来看可分定点输出电源、波段开关调整式和电位器连续可调式几种。从输出指示上可分指针指示型和数字显示式型等等。
  开关型直流稳压电源
<span]  与线性稳压电源不同的一类稳电源就是开关型直流稳压电源,它的电路型式主要有单端反激式,单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。功能管不是工作在饱和就是截止区即开关状态;开关电源因此而得名。
  开关电源的优点是体积小,重量轻,稳定可靠;缺点相对于线性电源来说纹波较大(一般≤1%VO(P-P),好的可做到十几mV(P-P)或更小)。它的功率可自几瓦-几千瓦均有产品。价位为3元-十几万元/瓦,下面就一般习惯分类介绍几种开关电源:


<span]  2、DC/DC电源
  在通信系统中也称二次电源,它是由一次电源或直流电池组提供一个直流输入电压,经DC/DC变换以后在输出端获一个或几个直流电压。
<span]  3、通信电源
  通信电源其实质上就是DC/DC变换器式电源,只是它一般以直流-48V或-24V供电,并用后备电池作DC供电的备份,将DC的供电电压变换成电路的工作电压,一般它又分中央供电、分层供电和单板供电三种,以后者可靠性最高。
<span]  4、电台电源
  电台电源输入AC220V/110V,输出DC13.8V,功率由所供电台功率而定,几安几百安均有产品。为防止AC电网断电影响电台工作,而需要有电池组作为备份,所以此类电源除输出一个13.8V直流电压外,还具有对电池充电自动转换功能。
<span]  5、模块电源
  随着科学技术飞速发展,对电源可靠性、容量/体积比要求越来越高,模块电源越来越显示其优越性,它工作频率高、体积小、可靠性高,便于安装和组合扩容,所以越来越被广泛采用。目前,目前国内虽有相应模块生产,但因生产工艺未能赶上国际水平,故障率较高。
<span]  DC/DC模块电源目前虽然成本较高,但从产品的漫长的应用周期的整体成本来看,特别是因系统故障而导致的高昂的维修成本及商誉损失来看,选用该电源模块还是合算的,在此还值得一提的是罗氏变换器电路,它的突出优点是电路结构简单,效率高和输出电压、电流的纹波值接近于零。
  6、特种电源

<span]  电源分类
  直流电源
<span]  直流电源(DC power)有正、负两个电极,正极的电位高,负极的电位低,当两个电极与电路连通后,能够使电路两端之间维持恒定的电位差,从而在外电路中形成由正极到负极的电流。 单靠水位高低之差不能维持稳恒的水流,而借助于水泵持续地把水由低处送往高处就能维持一定的水位差而形成稳恒的水流。与此类似,单靠电荷所产生的静电场不能维持稳恒的电流,而借助于直流电源,就可以利用非静电作用(简称为“非静电力”)使正电荷由电位较低的负极处经电源内部返回到电位较高的正极处,以维持两个电极之间的电位差,从而形成稳恒的电流。因此,直流电源是一种能量转换装置,它把其他形式的能量转换为电能供给电路,以维持电流的稳恒流动。
  交流电源
<span]  交流电源能够提供一个稳定电压和频率的电源称交流稳定电源。目前国内多数厂家所做的工作是交流电压稳定。下面结合市场有的交流稳压电源简述其分类特点。参数调整(谐振)型这类稳压电源,稳压的基本原理是LC串联谐振,早期出现的磁饱和型稳压器就属于这一类。它的优点是:结构简单,无众多的元器件,可靠性相当高稳压范围相当宽,抗干扰和抗过载能力强。缺点是:能耗大、噪声大、笨重且造价高。
  电源中的+12V/+5V/+3.3V都给哪些硬件供电?
  实际上我们PC里面的硬件,对供电电压的要求是不一样的,因此PC电源要针对不同的硬件输出不同的电压。只是为什么这些电压对应的输出功率各有不同呢?具体硬件需要的具体电压是什么呢?我们相信大部分的玩家看见这两个问题后都是一脸懵逼。
<span]  
  电源上有5路输出电压的规格,但是你知道哪些硬件用到了这些输出电压吗?
<span]  现在随便翻出一个正规的PC电源,我们都可以在铭牌上看到其+12V、+3.3V、+5V、-12V以及+5VSB的输出规格,这5个电压同时也是PC主机内部各个硬件所需要使用的供电电压。不过并不是每一个硬件都会用到这些电压,实际上它们的需要是各有不同的,因此我们就先来扒一扒关于PC内部主要硬件 即CPU、主板、内存、显卡、硬盘的供电电压需求。
  主板与内存的供电电压需求:
<span]  首先我们从主板开始,主板在PC中的地位就像是地面上的桥梁,CPU、显卡、内存等硬件的供电与数据交换都需用经过主板完成的。连接在主板上的接口主要有两个,一个是CPU专用的供电接口,关于这个接口我们后面再说;另外一个则是24pin的主供电接口,这个也是PC中体积最大的供电接口,主要为搭载在主板上的各种硬件进行供电。
  
<span]  主板上的24pin供电接口就用到了PC电源上全部5种供电电压,即+12V、+3.3V、+5V、-12V以及+5VSB,另外还有一个-5V,不过这个电压对应的硬件和接口实际上早已淘汰,因此现在的PC电源已经不再提供-5V供电,在24pin接口中的这一路仅是名义上的存在。
  搭载在主板上各种板载芯片主要用到的供电是+5V和+3.3V,而+12V则主要供给PCI-E、PCI插槽以及风扇接口使用,其中PCI-E插槽除了+12V外还会用到+3.3V的供电,PCI插槽则需要用到+12V、-12V以及+5V。内存插槽所用到的供电是+3.3V,不过其额外配置有电压转换电路,会把+3.3V转换为内存的工作电压如1.5V、1.2V等,再供给内存使用。
<span]  USB接口则主要用到+5V供电,因此对于需要连接很多USB设备的玩家来说,+5V供电的输出功率不能太小。而-12V供电实际上需要用到的机会很小,即使用到也不需要高功率,因为它只是给串口或者PCI接口设备做电平判断使用,因此PC电源的-12V输出功率大都不超过10W,甚至更低。
  在主板供电需求当中,+5VSB是一个比较特殊的存在。+5VSB也叫做+5V待机,因为这一路在开机状态下实际上是不需要使用的,反而是关机状态下才需要使用。+5VSB在电源接上电源线并打上开关后就马上开始输出,主要是给主板上的主要芯片提供待机电流,便于快速唤醒和开机使用。另外有部分主板在关机状态下仍然支持通过USB接口给手机充电,这里也需要用到+5VSB。因此现在不少电源都比较注重+5VSB的输出电流,一般都不会低于2A。
<span]  CPU的供电电压需求:
  
<span]  安装在主板上的CPU可以说是一个很特殊的存在,由于其功耗较高,因此为了保证CPU的正常运作,它的供电是独立出来,并不是从24pin接口取电,而是通过专用的4pin或8pin接口进行供电,所需要的是+12V供电,然后再通过主板上的开关电源电路转变为CPU的工作电压。而关于这个开关电源的工作方式,可以参考以前我们写过的课堂文章《超能课堂(75):我们的主板和显卡是如何给CPU和GPU供电的?》
  需要注意的是,CPU的供电接口有4pin和8pin两种,后者拥有更强的供电能力,不过一般来说在8pin接口上使用4pin接口也是可以开机,也能满足正常使用需求的。不过如果你需要超频,或者你使用的是高端CPU,而且主板有提供8pin]  显卡的外接供电接口主要提供+12V供电,与CPU供电接口类似,8pin接口的供电能力比6pin接口更强,而且绝大部分的显卡都需要把对应的外接供电接口全部接上后才能正常工作。实际上现在的在PC的硬件功耗组成中,显卡已经占据了很大的一部分,可以说它和CPU共同占据了整机接近80%的功耗。
  机械硬盘与固态硬盘的供电需求:
<span]  如今硬盘已经分为了机械硬盘HDD和固态硬盘两大阵营,虽然它们用到的供电接口都是SATA供电接口,但是它们所需要用到的电压并不完全相同。3.5英寸机械硬盘所需要用到的电压是+12V、+5V和+3.3V,其中+12V是供给电机使用,+5V和+3.3V则是主控电路使用,而2.5英寸硬盘则只需要+5V和+3.3V,因为后者的电机功耗比较低,+5V供电就可以满足了。
  不过现在的机械硬盘的主控电路并不一定需要+3.3V的供电,因为它们大都自带有+5V转+3.3V的电压转换电路,因此即便只有+12V和+5V供电也可以正常工作,必须用到+3.3V的机会其实已经大大减少。
<span]  
  结语
  关于电源的相关介绍就到这了,如有不足之处欢迎指正。

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