环保至上 ATX 2.31版电源规范全面解读

自Intel推出ATX电源规范后,为满足PC硬件供电需求,ATX规范经历了多次升级,从 5.5V/ 3.3V供电转为 12V供电,从4Pin/20Pin转为6Pin/24Pin供电输出,这是因为电源的规范是随着硬件功耗的变化而变化的。但在PC技术领域,性能已经不再是制约硬件发展的瓶颈,反而节能环保才是影响PC应用的重要因素。基于此,Intel再一次修订了ATX12V电源标准,将2.3版本提升到了2.31版本,以此为PC平台带来更节能、更环保的运行环境。
2.31版电源:有多少改进
相比早期的ATX12V标准,ATX 2.0标准可谓是双路输出的开山之作,此后ATX 2.2/2.3版电源针对双核平台作出了电源输出的改进,目的是为了完全符合Vista平台的功耗需求,由于Vista平台的生命周期至少有3年,ATX 2.3版电源在此期间不用考虑功率输出的提升,但面对时下电源功率损耗、电磁辐射、有害物质排放等问题,让很多PC用户担忧。为了改变PC平台的应用环境,Intel对ATX 2.3标准进行了补充和完善,ATX 2.31标准增加了效能、节能和环保指标。
相比ATX 2.3标准,ATX 2.31标准改进了多项指标,在ATX 2.2版提升到ATX 2.3版时,Intel取消了此前的PW-OK电路信号,而在ATX 2.31版规范上又重新加上了。对交叉负载进行调整(交叉负载是指ATX电源能够以交错协调的方式进行供电输出,使得每路输出电路都可以获得有效的电能,譬如可以协调5V和12V等输出电压,并根据它们所连接的硬件设备的实际功耗,进行电压的调节,以满足每条电路输出的有效运行),使得用户能够更加自由地选配CPU和显卡。增加了RoHS环保标准,并将EMI(电磁干扰)电路纳入了3C强制认证。或许从性能角度来看,ATX 2.31版电源没有什么变化,但它强调了效能、节能及环保等指标,符合PC平台的应用现状。
PW-OK信号:提高电源效能
在ATX 2.2电源中,电源PCB板上会有一个IC控制电路,并将开关线连接到机箱的开关上,它能为主机提供开机自检启动信号。即PW-OK信号(在AT电源中称为P.G信号),待机时,PW-OK电路向主机输出零电平的自检信号,主机停止工作处于待命状态。受控启动后,PW-OK电路在开关电源输出电压稳定后,再延迟几百毫秒由零电平起跳到 5V,向主机发出高电平的信号,通知主机触发系统在电源断电前自动关闭(图1)。此举可以防止电源输出电路时序不定时,主机内各部件未进入初始化状态造成工作错误及突然停电,比如硬盘磁头来不及移至着陆区而划伤硬盘。

在ATX 2.3电源中,则取消了PW-OK信号,因为电源在输出电压时存在一个时序,这涉及 5VSB、PW-OK信号及PS-ON信号之间是否匹配,如果它们之间无法匹配,就会出现无法开机、主板与电源不兼容等故障,这显然对主板工艺设计要求和制造成本提出了更高要求(这就是为何在AT电源时代,很少出现异常和不兼容问题,因为AT电源没有 5VSB和PS-ON信号,只有P.G信号与输出电压间的配合关系)。
而在ATX 2.3电源中去掉PW-OK信号,同样简化了信号的匹配问题,这就降低了电源与主板的兼容故障几率,同时还简化了主板工艺需求,间接降低了主板的设计成本,不过却为电源效能带来了不良影响。在主机启动时,由于没有了PW-OK信号,电源无法在极短的时间内将 5V电压从零上升到 4.75V,CPU不得不花更多时间去等待。根据Intel试验,电源PW-OK信号丢失后,会造成输出直流电的时间延长(从100%到95%要用1ms时间),而增大电源输出功率的损耗,因而在ATX 2.31标准中再次加入PW-OK信号,可以提升电源的效能。
交叉负载:让电源供电更稳定
ATX电源算得上是一个具体的开关电源变压器,不过由于电源变压器在工作时的电流纹波比较大,这可能会造成发热提升、辐射增大、稳定性降低等问题。为此ATX电源采用了交错运行技术,它可以使纹波达到最小值,有效降低了电源变压器的电磁干扰和发热量,并提高了电源输出功率的稳定性,但ATX电源功率的增大,电源内部的功率MOSFET(场效应管)或晶体管承担的负载更大,电磁干扰、元器件发热及功率损害更加严重,此时就要对交叉负载电路提出更高要求。
由于ATX电源采用了交叉运行技术,因而是主变换电路、辅助电源配合工作(图2),辅助电源本身就是一个完整的开关电源,只要ATX电源一通电,辅助电源便开始工作。辅助电源主要有两个作用:一是提供 5V电压,为主板的“电源监控部件”提供工作电压,使操作系统可以直接对电源进行管理,以实现远程开机及电脑唤醒功能,另外就是输出电压为保护电路、控制电路等电路进行供电。为此要让电源更加有效率工作,必须提升辅助电路的输出电压精度。

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分类:其他
时间:2013-04-21

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