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武松娱乐(116):PC电源的保持时间是用来做什么的?

2017-12-1 14:36  |  作者:潘靖江   |  关键字:武松娱乐,电源,保持时间

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PC电源的保持时间这个参数并不是严格意义上的断电保护机制,而是一种确保断电保护机制能够实行的措施,真正起作用的还是硬件或者是整套平台自身的断电保护措施。
本文约2899字,需5分钟阅读
在我们的电源评测中,超能指数评分占大头的是电源的转换效率、纹波电压以及输出电压稳定性(包括均衡负载与交叉负载),这三个参数往往也是消费者最关注的部分,也是电源产品的重点优化部分。然而还有一个参数,它在我们的评分中比重并不大,日常使用中得以体现机会也不多,但是它一直存在于PC电源的开发规范中,而且预计未来很长一段时间也不会从相关规范中去除,那就是PC电源的保持时间。
PC电源不仅要看额定功率,保持时间也要一个重要参数
那保持时间是个怎样的参数呢?其实意思很好理解,就是PC电源失去市电输入后,依然能维持正常输出的时间。这个时间一般来说非常短暂,通常只有几十毫秒甚至十几毫秒,说是“眨眼之间”丝毫不过分,显然不是留给我们做什么紧急操作的。既然如此,为什么PC电源的设计与开发规范中依然有这么一个参数呢?这次我们就来好好谈谈这个“保持时间”的真正意义。保持时间的规范:最低标准为16毫秒目前与保持时间有关的PC电源设计规范主要是两个,一个是英特尔制定的ATX 12V规范,其要求PC电源在100%负载的情况下,各路输出保持时间不低于16毫秒;另一个则是SSI EPS12V 2.92服务器电源设计指导,其要求电源在75%的负载下各路输出的保持时间应该大于18毫秒,而Power-OK信号的保持时间则是大于17毫秒。那么这个16毫秒或者17毫秒是以什么作为标准来进行制定呢?这个与PC电源的交流输入有关系,目前世界上的家用交流输出大体上是两种规格,一个是110V@60Hz,另一个是220V@50Hz,其中110V@60Hz规格下一个交流周期就是16.7ms(1000ms/60Hz),同理可得220V@50Hz的交流周期为20ms(1000ms/50Hz),因此PC电源在保持时间上的设计规范,实际上是要求电源可以做到“输入断开后至少在一个交流周期内保持正常输出”。上图是讯景XTi 850电源+12V输出的保持时间测试结果,图中正弦波代表的是交流输入,可以看到在交流输出断开后,代表+12V输出波形的直线依然维持了一段时间才下降为0,此时+12V输出终止。而交流输入终止与+12V输出终止之间的时间差,就是讯景XTi 850电源+12V输出的保持时间。由于电源内部架构各有不同,因此电源各路输出的保持时间也是各不相同的。目前业内主要考量的是电源的+12V、+5V与PG也就是Power-Good信号的保持时间,其中PG信号是电源正常工作的一个指示,主板只有收到电源的PG信号才进入工作状态。所以按照相关的电源设计规范,电源各路输出的保持时间必须大于等于PG信号的保持时间,这样就可以避免电源在失去PG信号前各路输出就已经终止、主板的保护机制未能正常执行的尴尬。至于为什么保持时间的规范是按照110V@60Hz的16ms到17ms制定,而不是选择220V@50Hz的20ms作为最低标准,这里面就涉及到一些历史原因了,包括目前全球范围内家用交流规格至今不统一也同样是历史原因,这里我们就不深入讨论了。那么是PC电源里面的哪一个部件决定电源的保持时间?决定PC电源保持时间的其实并不是仅仅是一两个部件,而是与电源的架构、用料甚至是做工都有关系的,不过要说到那哪个部分影响比较大,那自然就是在电源中的主电容了。电源的主电容除了对高压侧起到滤波作用外,其还可以进行储能,在失去电流输入后,其依然会保持一定时间内的对外放电,确保后续电路的正常运行,因此增大主电容的容量,可以有效提升电源的保持时间。不过主电容的容量也不是越大越好,越大容量的电容体积也越大,充电时间也会越长,对于电路的后续调整也会产生较大的影响。因此额定功率是多少的电源,该配置多大容量的主电容,都是需要经过计算才能得出来的。
采用双管正激架构的讯景XT 500电源配置有330μF的主电容
以现在常见的电源架构如双管正激、LLC谐振等来说,一般0.5μF/W就基本上可以保证电源的保持时间可以达标,也就是额定500W的PC电源,其主电容应该不低于250μF。而为了确保有更充分的保持时间,厂商在设计电源的时候也会留出更多一些的余量,其中采用双管正激架构的电源对主电容的容量比较敏感,因此主电容的容量会高一些,500W电源多数会配置330μF的主电容,而采用LLC谐振架构的电源则要求相对宽松一些,同样是330μF的电容可以做到额定功率550W的水平。
旗舰级的讯景XTi 850电源配置有两个主电容,等效容量达到940μF
而在旗舰级的PC电源中,其主电容与额定功率的比例会更大一些,大都接近甚至超过1:1的比例。以讯景XTi 850电源为例,其额定功率为850W,但是配置了两颗470μF的主电容,等效容量为940μF,留出的余量可以说是非常充足。当然大容量的主电容并不仅仅是为了增加电源的保持时间,其在PC电源里还有着其他更多的作用,这里就不一一详细叙述了,我们会在后续的课堂文章中再行讲解。保持时间的实际意义:让UPS或者其它硬件的断电保护有更充足的响应时间PC电源在断开输入之后仍然可以在一个交流周期维持正常输出有什么实际意义呢?很显然这不是留给我们做什么紧急处理的,而是让其他响应时间更短、运作速度更加敏捷的保护措施能正常生效的,而这个保护措施就是UPS(Uninterruptible Power System或Uninterruptible Power Supply),即不间断电源。
图片源自维基百科,UPS的工作方式
UPS直接与PC电源的输入端相连,在市电输入正常的情况下,它在给PC电源提供稳压作用的同时,自身也会进行充电。而当市电的电压不足甚至断开连接后,UPS会释放自身储存的电能,通过逆变器输出到PC电源上,让PC电源能够在一段时间内保持正常输出。按照UPS的相关设计要求,其必须在输出断开后的一个交流周期内进入供电状态,而在这切换的瞬间PC电源同样会失去外部输入,因此PC电源必须要在UPS切换为供电模式的期间维持正常输出,方可确保整机的正常工作,这就是为什么PC电源的设计规范中会有保持时间这样一个参数的原因。
硬盘断电保护依靠的主要还是自身
值得一提的是,关于PC电源保持时间的实际意义,还有一种普遍流传的说法是让机械硬盘的磁头可以在失去电力之前就归位到安全区域,这样就可以起到保护硬盘的作用。但实际上这个说法并不完全正确,实际上PC电源与硬盘直接并没有直接的信号传输,他们相互之间只是供电与被供电的关系,因此在PC电源供电中断之前,硬盘是无法判断PC电源是否失去市电输入,自己是否需要执行断电保护的。能把断电保护信号传输给硬盘的,实际上也就主板有这个能力,主板判断电源供电是否正常主要是依靠电源给出的PG也就是Power-Good信号,在失去这个信号前主板都会认为PC电源供电正常。因此在SSI EPS12V 2.92服务器电源设计指导中,其要求电源各路输出的保持时间要比PG信号的保持时间更长,就是为了让主板有向其他硬件发出断电保护信号的时间,同时其它硬件也有更充分的时间执行自己的断电保护机制。所以PC电源的保持时间这个参数并不是严格意义上的断电保护机制,而是一种确保断电保护机制能够实行的措施,真正起作用的还是硬件或者是整套平台自身的断电保护措施。对于需要保持长时间稳定工作,且需要保证数据安全的PC平台来说,除了电源的保持时间要达标之外,配置一套UPS还是很有必要的。更多有关硬件问题可以联系小超哥微信(9501417).
    
  1. fl23fei初中生 9天之前

    武松娱乐的确很赞

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    12#

  2. 
  3. 游客  12-02 09:47

    电容也不是想大就大,毕竟不是专业毕竟too young 。电容会影响pfc pf

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    11#

  4. 
  5. 游客  12-02 08:01

    凯恩猪蹄子 大学生 :

    http://www.expreview.com/exp_new/exp4_topic.php?action=wendaTopic
    12-01 16:58
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  7. itck 终极杀人王 :

    这个地方的入口在哪。。。。
    12-02 00:33
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  9. 左上,网站导航-超能学堂

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    10#

  10. 
  11. itck终极杀人王 12-02 00:33

    凯恩猪蹄子 大学生 :

    http://www.expreview.com/exp_new/exp4_topic.php?action=wendaTopic
    12-01 16:58
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  13. 这个地方的入口在哪。。。。

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    9#

  14. 
  15. 游客  12-01 22:14

    里面的电感不能储能吗?

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    8#

  16. 
  17. Laugh99教授 12-01 21:25

    所以,断开电源后,还可以看到主板灯亮着维持一段时间,然后作用就如文中所说

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    7#

  18. 
  19. 凯恩猪蹄子大学生 12-01 16:58

    http://www.expreview.com/exp_new/exp4_topic.php?action=wendaTopic

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    6#

  20. 
  21. itck终极杀人王 12-01 16:42

    能不能有一个汇总把所有以往的文章链接放在一起就更好了

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    5#

  22. 
  23. itck终极杀人王 12-01 16:40

    武松娱乐这一个系列能一直做到现在,涉及面这么广的确值得称赞。

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    4#

  24. 
  25. 游客  12-01 15:45

    QQ23870862 高中生 :

    不是很懂,只卖贵的应该没错吧?
    12-01 14:47 已有11次举报
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  27. 头像好吓人

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    3#

  28. 
  29. 游客  12-01 15:21

    LLC应该是因为动态性能先天不足,所以需要一个大电容来弥补

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    2#

  30. 
  31. QQ23870862高中生 12-01 14:47

    不是很懂,只卖贵的应该没错吧?

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    1#

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