PC电脑入门篇(7)_大漠孤烟_百度空间

PC电源的测试说明(一):

  本次测试使用OCER.net自制的电源负载能力可控测试器OCER-PLCT01与xx的TR-368A增强型多功能电子负载仪,分别从用户和行业标准的角度对17款电源产品进行测试。

OCER-PLCT01


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  OCER-PLCT01采用大功率陶瓷电阻做为负载,通过便利的并联方式确定负载电流档位、再利用可调电阻精细调节。虽无法做到专用电子负载仪般的xx和易调节,但具有更大的适应范围和较低廉的成本,而且只要有充足的耐心,精度方面的表现也还是令人满意的。使用大功率陶瓷电阻作为负载{zd0}的优势在于负载表现为纯阻性,且可以长时间运行而保持状态稳定。

  使用OCER-PLCT01所进行的测试目的在于检测各款电源产品在用户的典型与预期使用状态下多方面的表现。从普通用户角度出发,设置了4种负载组合,分别为200W典型负载、300W典型负载、标称值70%负载、标称值100%负载。

  此处“普通用户”的定义为:对计算机硬件有一定了解,对于目标系统的功率需求有较准确的把握,且能够简单的判断电源功率;但对于开关电源原理、品质判断、行业标准等并未深入探究,只有简单认识。他们判断一款电源实际功率的方法主要有三种:根据厂家标称的额定功率判断;根据+5V{zd0}电流乘以10的数值判断;根据各路电压与电流乘积之和判断。

  因此,使用OCER-PLCT01所进行测试中的负载设置原则为:如果产品标明了额定功率,则以此数值为准;否则,选择第三种最为简单,也最普遍的判断方式——将各路电压与电流乘积之和简单叠加得到总功率值。

具体负载设置如下:

空载:

  虽说不会有人真的将电源空载使用,但此项测试却有充分的理由说明其必要性:排除了负载分配方式、线路损耗等影响,是衡量电源品质的一个方面;避免了其它声源的干扰,可以准确的测量其工作噪音;不挂接任何负载,可便利的测量风扇转速。因此,风扇转速、工作噪音在空载状态下测量,但一些采用温控风扇的电源此时测得的结果可能较实际工作状态下有一定差距。

200W与300W典型负载分配方式:




  200W负载针对使用主流CPU(AMD Athlon XP 2500+或P4 2.4C以下,且不超频)、双通道DDR、i865PE或nForce2 400 Ultr a主板、GeForce 4 Ti4200相当显卡、单块7200rpm硬盘、DVD-ROM、软驱、其他I/O及USB设备等。

  300W负载针对使用xxCPU(AMD Athlon XP 3000+或P4 3.0GHz以上)或主流CPU超频使用、双通道DDR、i865PE或nForce2 400 Ultra以上主板、GeForce FX 5600相当或以上显卡、双7200rpm硬盘组成RAID-0、CD/DVD-ROM、CD/DVD-RW、软驱、其他I/O及较多USB设备等。

  典型负载测试中主要的考察目标为将各款电源应用于典型配置上的稳定程度,以及噪音、散热等方面的表现,可作为用户针对配置选择电源时的参考。

标称值70%与100%预期负载设置方式:

  电源满负载功率按照上述原则确定,根据各路标称功率按比例分配负载(以各路功率之和作为总功率的情况下,按比例分配的结果就是各路的标称功率)。

例如:



  长城300P4电源铭牌上只标明了各路输出电流——+3.3V-14A、+5V-21A、+12V-10A、+5VSB-2A、-5V-0.3A、-12V-0.8A,则根据上述规则,认定其总功率为292.3W进行测试,标称值100%负载测试中各路电流分配方式也与铭牌相同,分别为+3.3V-14A、+5V-21A、+12V-10A、+5VSB-2A、-5V-0.3A、-12V-0.8A;



  航嘉宽幅王电源铭牌标称——+5V-30A、+12V-15A、+3.3V-20A、-5V-0.5A、-12V-0.8A、+5VSB-2.0A的同时,又注明——输出功率350W(额定:300W),+5V&+3.3V:180W,+5V、+3.3V&+12V:280W,由此认定其总功率为300W,并按照联合负载功率的说明分别分配+5V、+3.3V、+12V 3路负载为+5V-21.3A、+12V-10.6A、+3.3V-14.0A,另外3路按照铭牌标称分配为-5V-0.5A、-12V-0.8A、+5VSB-2.0A。

  采用此种分配方式,可以保证电源在标称值70%与100%负载测试中各路输出负载分配均衡(认为厂商标称的分配比例为其{zj0}分配比例),尽量避免由于单路负载能力不足影响输出质量或无法工作等现象的出现。

  100%负载功率是一款电源可长时间稳定工作的{zd0}功率,70%负载功率则是其更为理想,也更为正常的工作状态。如果将上述负载分配方式乘以70%得到的标称值70%负载就可认为是电源所搭配理想负载,输出表现应接近其产品设计目标的理想状态。

  所有负载测试如无特别说明均连续运行1小时以上,再记录数据;针对部分产品还延长了测试时间。

基本测试项目:
  实际输出电压、功率因数、转换效率、内部温度、表面温度、出口风速、风温

  直流实际输出电压标准我们选择了对+3.3V要求更加严格的Intel ATX2.1规范,而非惯用的Intel ATX/ATX12V 1.1规范:



  在3C标准出台之前,人们对于功率因数(Power Factor)毫不关心,大多数人甚至并不了解功率因数概念的意义。但随着3C标准中关于PC电源必须带有PFC(功率因数校正)电路的相关规定放出,电脑用户,尤其是一些硬件玩家们开始关注电源的功率因数,并以此作为衡量一款电源品质的重要标准。

  要在此xx说明功率因数的概念是不现实的,简单而言:功率因数即交流负载的有功功率与视在功率之比值。
  视在功率=交流电压 x 交流电流;
  有功功率=交流电压?交流电流=交流电压 x 交流电流 x Cosφ(无高次谐波时,其中φ为电压与电流的相位差,Cosφ即功率因数;如果存在高次谐波,考虑到总谐波的有效电流值,最终功率因数应高于Cosφ,但对电网的污染更加严重)

  功率因数的高低对于电源本身及PC的使用可以说是没有什么直接影响,但过低的功率因数则会对电网造成负担。从以上公式中可以看出:在交流电压(国内标准为220V)固定时,交流电流与功率因数成反比;举例而言,当功率因数只有0.5(对应上例中φ=60°)时,为了驱动相同的负载,输入的交流电流将达到功率因数为1(对应上例中φ=0°)时的2倍。虽然用户不会因为翻倍的电流而缴纳翻倍的电费(目前用于计量用电量的为有功电度表),但对于整个电网而言众多用户累积起来的偏移电流与谐波污染将会是巨大的负担。当电网不堪重负,供电电压不稳、波形异常时,再优质的电源也难以保障PC系统的稳定运行,更遑论使用劣质电源了?在此,我们强烈建议各位读者响应国家的政策、法规,选用通过3C认证的电源产品,而不要为了几元钱的差价使用未通过3C认证的版本。

  转换效率是电源一项重要的“长期”指标,即负载消耗功率与电网输入功率的比值。计算方法:
  负载消耗功率=Σ各路输出电压 x 电流;
  电网输入功率=有功功率=输入电压 x 交流电流 x 功率因数;

  电源从电网吸收的能量除了驱动负载,还包括只占自身损耗一小部分的内部元件有效消耗(如散热风扇、LED等)和电磁辐射,其余的能量则全部转换成了热量。所以,一个转换效率高的电源不仅意味着长期使用中可以省下可观的一笔电费,而且将产生更少的电磁辐射和热量,更有利于维护使用者的健康和PC整体散热问题的解决。同时,更少的热量就可以用更静的散热方式,提高转换效率也是实现静音电源的另一种途径。

  内部温度、表面温度、出口风温都是为了衡量电源的发热量,以及考察其自身、辅助散热能力。

  在评价电源时有一条简单而有效的标准:温度越低的电源越好——客观的评价一款电源的定位,其额定功率下长时间工作的稳定温度是非常重要指标。即使是相同标称的电源,厂商也可能认定不同的工作温度为正常工作状态。相同负载下,温度越低,发热越小,效率越高,留有的潜力空间也就越大,品质自然越高。

  出口风速是评价一款电源自身散热及辅助机箱散热能力的参考标准之一,但也要结合实际风量和出入口间的温差才能得出最终结论。测试环境温度(入口风温)保持在23±0.5℃。

附加测试项目:
  70%负载状态下的交流杂波、空载风扇转速、空载工作噪音

  直流输出中夹带的交流杂波主要分为两部分——纹波与尖波。两者的产生都是由开关电源的工作原理与元件性质本身决定的,不可能xxxx,只能尽量减小其对负载设备的影响。

  低频纹波——交流市电经过整流、滤波,获得的并非理想的直流电(要是的话就用不着做什么开关电源了-_-),而是存在着频率为市电2倍(100Hz),波形由梯形与正弦结合而成的纹波,通过开关变压器降压与输出整流、滤波,反映在输出端的残余部分就是所谓的低频纹波。其间受到变压器、整流管、滤波电容、滤波电感等的作用,波形会发生变化。

  高频纹波——目前开关电源的高压直流->低压直流转换方式多为双管单端正激式,即在单端正激式的基础上为开关变压器增加一个中间输出端作为直流输出的地线,通过两个快速恢复二极管(一般为肖特基二极管)实现全波整流。开关管与开关变压器一般工作在几十kHz的高频波段,此转换过程中最初的高压直流受到开关管“调制”,经变压器降压,同样需要经过整流、滤波,产生纹波也就在所难免,成为所谓的高频纹波。

  计算机中的各种芯片工作在极高的频率下,供电或信号电压的大幅波动极有可能引起传输或运算的出错,导致系统不稳定;因此,Intel在其ATX标准中对电源的输出纹波(Ripple)提出了明确的要求。当然,其它硬件厂商为了保证自身产品的通用性,不会xx依赖于电源的输出滤波,而会在自家产品上增加滤波电路——xx板卡更是在此方面大做文章,一些简化了滤波电路的中低端板卡则对电源的输出质量提出了更高的要求。

  尖波——开关管与整流管在状态切换时无法实现xx的配合,必然会产生冲击电流与突变电压,反映在输出电压波形上,即为毛刺状的尖波。开关管、整流管的功率越大,尖波也通常越大,经过主板等的滤波电路滤波后将大幅削弱,对实际使用中稳定性的影响相对于纹波要小得多。

  测试环境按照Intel ATX-12V标准中的要求,在输出端并接两个分别为0.1uF、10uF的电容进行滤波,以模拟真实系统负载;负载设置按照Intel ATX-12V标准要求可为对应档位功率分配图中的任意点,我们选择了较为理想的标称值70%负载。




ATX 12V规范中对交流杂波电压峰-峰值的要求如下:




  我们记录下了所有通过标称值70%负载测试电源产品的4路主要输出波形,包括低频与高频波形,如无特别说明示波器电压档位为10mV,即显示屏上纵坐标一大格对应10mV(一小格对应2mV);低频频率档位为5ms,即显示屏上横坐标一大格对应5ms(一小格对应1ms);高频频率档位为10us,即显示屏上横坐标一大格对应10us(一小格对应2us)。



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