电源的发展历程 (pc电源电路讲解)

第一章PC电源的发展历程

1. PC电源的四个阶段

和十年前相比,我们身边的PC在外观设计上已经发生了深刻的变化,特别是显示器、机箱以及键盘鼠标等外部产品,无论是设计创意还是制造工艺都有了长足的进步。相对而言,虽然PC电源的市场竞争十分激烈,但PC电源更新换代的发展速度却令很多用户都不甚满意。从PC电源市场诞生以来的近三十年时间里,在主流DIY市场上主动式PFC电源从五六年前才开始普及,80PLUS认证电源也是最近两三年才走红,而且多数是效能相对较低的80PLUS铜牌电源,但众多品牌电源却往往在设计和品质上大同小异,造成了严重的同质化。

经常有数码相机爱好者嘲讽某品牌相机的旗舰产品升级换代就像挤牙膏,这个比喻用来形容电源的发展速度也很贴切,只不过近几年来电源厂商们似乎感觉到了DIY消费者的耐心越来越少,所以挤牙膏的速度加快了一些。虽然有的电源厂商也拿出了一些附加创新设计的电源产品,但对推动电源实际发展进程却无明显作用。我们一起回忆一下PC电源经历的几个阶段:

阶段一:真3C被动式电源来袭。十年冷静王,冷静十年,率先定义PC电源的规格标准,将被动式电源正式推向主流,屏蔽了市场上的假3C电源产品,将行业拉到一定的诚信高度。

阶段二:主动式电源来袭。电源从讲用料时代,开始走进技术跟效能的局面,台系美系品牌进驻国内市场加剧了PC电源的技术发展。

阶段三:80PLUS正式普及。高效等于高价,白牌电源的出现预示着消费者在选购电源的时候多了一些额外选项,比如80PLUS认证,从某种程度上讲,80PLUS规范了电源厂商的用料规范,为消费者提供了多方面考证素材。

阶段四:铜牌正式普及。红星电源的出现,彻底将电源的高效平民化,主流500 W铜牌电源299元,让它具备了普及条件,原来准备选购普及主动式电源的消费者终于有了效能的选择,80PLUS不再是玩家的代名词。

硬件巨头蓝色巨人IBM

说起电脑PC电源的发展,应该要从计算机业界最初的硬件巨头蓝色巨人IBM说起,上世纪90年代前的AT或PS-II电源就是由他们开创的。直到1995年Intel制定的ATX标准电源才正式登场,DIY行业也是从那个时*开代**始兴起的。ATX电源规范经历了ATX 1.1、ATX 2.0、ATX 2.01、ATX 2.02、ATX 2.03和ATX 12V等阶段。

AT/PS-Ⅱ电源(1995年以前)

AT时期的电源标准是由IBM开创的。在上世纪90年代之前,AT或PS-Ⅱ电源就已经诞生,技术也很成熟。但那个时代的AT电源功率比较小,功能也比较单一,一般在130~220W之间,而输出电压也只有4组,+12V,-12V,+5V,-5V。同时电源也没有软开机功能,需要额外的开关来进行开关机的操作,相当于现在的直接拔掉电源的原理是一样的。

ATX电源(1995年-1999年)

ATX时期的电源标准是由Intel开创的,该电源功率有所提升,不过一般都在150W-280W之间,输出电压增加到了6组,+12V,-12V,+5V,-5V,+3.3V,+5VSB,PS-ON,PG。它最大的改进在于增加了3.3V和+5VSB两路输出电压和一个PS-ON信号。利用+5VSB和PS-ON信号,就可以实现软件关机、键盘开机、网络远程唤醒等功能。

ATX12V电源(2000年-至今)

由版本名字不难看出,ATX12V电源是在ATX基础上的延伸,加强12V电压的需求。同时通过下表我们了解到,随着CPU的升级,主板以及显卡的更新、电源也不断进行优化,从ATX 12V V2.2开始,已经是我们近年来经常看见的一种规范,双路12V,一路CPU供电,一路外围设备供电。V2.3 以及V2.31的发布,我们也不难理解,目前电源在走一条高转换效率以及绿色环保的道路。因此也就不难理解现如今电源都在主推主动PFC设计、80PLUS认证等卖点。

最后来说说80PLUS认证吧。早在2002年,基于节能方面的考虑,PFC设计强制列为电源认证的必备标准。PFC分为主动式PFC设计和被动式PFC设计两种。相对于被动式PFC来说,主动式PFC拥有更高的转换效率,但是在电源的转换中依然有百分之三十左右是被白白浪费掉了。而80PLUS认证的方案最早于2003年开始实施,2007年被正式纳入到能源之星4.0标准规范中。到今天为止,80Plus已成为公认的最严格的电源节能规范之一。

2. 效能稳定的过渡

如果回头看电源的发展历程,我们可以得到这样几个阶段或时代。一是早期比较注意稳定与输出功率的被动PFC电源时代;二是主张节能与效能并重的主动式PFC电源时代;三是强调效能为王的80PLUS效能时代。电源市场随后还经历了日系电容用料和高温稳定输出等概念的洗礼,其实都指向了电源的稳定性。但这些似乎还不够,因为电源作为整个PC的供电核心,为它的稳定性加入更好的设计与用料是有益无害的。

资深玩家的口中经常念叨一句话:稳定才是王道。的确,离开了稳定的供电,性能再强大的顶级硬件平台也无法发挥出应有的实力。对于任何级别的硬件平台来说,稳定性才是第一诉求,之后才是效能与性能的考量。也正是因为对于电源稳定性的更高诉求,才使得ICE尝试在电源中加入军规级的钽电容用料,推出了稳定性极强的钽电源系列新品。

首先我们来了解一下钽电容。钽电容使用金属钽做介质,不像普通电解电容那样使用电解液,钽电容不需像普通电解电容那样使用镀了铝膜的电容纸绕制,本身几乎没有电感。虽然这限制了它的容量,但由于钽电容内部没有电解液,因此很适合在高温下工作,独特的自愈性能保证了其长寿命和可靠性的优势,经常被应用于军工产品中。因此,采用了的钽电容ICE钽电源系列新品无疑将在稳定性上得到有效提升,比采用普通电容的电源更加可靠。

值得一提的是,ICE调整了电源的命名规则。一般电源普遍采用额定功率或最大功率命名,但ICE选择了以电源+12 V输出功率命名的方式,对钽电源系列新品进行命名。其中面向入门级游戏平台,额定功率为400 W、转换效率超过82%的是钽360。面向主流级游戏平台,额定功率为500W且转换效率超过87%的是钽456。顾名思义,钽360的+12 V输出为360 W,钽456的+12 V输出为456 W,由于ICE钽电源系列都采用了稳定性更好的军规级钽电容,因此在提供较强+12 V输出能力的同时,电源的稳定性也得到了进一步提高,可以帮助玩家远离供电不稳定带来的重启、死机等烦恼。

不仅如此,ICE钽电源系列的价格定位也相当明确。在应用了价格更高的军规级钽电容后,ICE钽电源系列还能够保持亲民的价格实属不易,对于初级和主流玩家来说选择ICE钽电源系列无疑是一个很有性价比的方案。

在PC电源的发展历程中,我们看到了电源在不同时期的发展重点,可以预见的是,在追求更高效能的同时,电源又在朝着本源的稳定性方向发展,通过更高规格的用料来提高电源的稳定性,是今后电源发展兼顾效能与稳定性的一个必然趋势。

3. PC电源技术未来发展方向

目前,电源发展的总方向有三种趋势:

(1) 绿色化。绿色化的开关电源产品将得到广泛应用。绿色开关电源产品具体是指显著的节能性能和不对公用电网产生污染的特点。

(2) 小型集成化。提高开关电源的功率密度和电源转换效率,使之小型化、轻量化、是人们不断努力追求的目标。高频化、模块化作为电源小型化的主要技术手段之一。

(3) 数字化。数字化电源将开关电源的高效与数字芯片的智能控制相结合,并运用适当算法对电压、电流进行调整。数字电源与模拟电源相比,对电流检测误差可以进行精确的数字校正,电压检测更精确;可以实现快速,灵活的控制设计。其可以取代很多模拟电路,完成电源的起动、输入与输出的过、欠压保护、输出的过流与短路保护,及过热保护等,通过特定的介面电路,也能完成与系统间的通讯与显示。

PC起源于上世纪80年代初,电源部分的设计采用了当时新兴的开关电源技术,是根据电脑的自身需求配套的电能力量。自从ATX的出现才使得PC电源有了重大的变化,直至今日历经了大大小小很多次的改变,就算现在我们所出的当下,也是变化的一部分而已,电源技术还会日新月异,不断的向前发展、变化。

当然,我们所说技术的发展、变化,不是断片断档的,也是有它的发展规律可循的,这里谈及的技术的未来发展,会跟每届大型车展中首发的概念车一样,代表了一个品牌或是整个行业的发展未来,起的是引领潮流、时代先锋的作用。未来的发展都是在一定的先进技术基础上大胆想象、勇于创新才得以展现的。下面,结合电源知名品牌产品的特色技术,来浅谈技术发展的未来。

3.1 PC电源技术未来发展方向之散热

对于任何用电设备来说,散热是工程设计师最为关注的内容之一,PC开关电源也不例外,只不过其对散热的依赖并不像CPU、显卡等,PC硬件的要求那么明显,容易被消费者忽视。电源设计完成时散热方案已经解决,配置了合理的散热片和风扇,毕竟我们拿到的是一颗完整产品。针对不同的需求,那么就必须了解PC开关电源的散热系统。

现在主流的散热结构,采用标准单曲七叶片切风12CM液压轴承散热风扇,风力能覆盖电路板上所需要的散热元件。例:长城双卡王冲锋版电源。

还有的是比较保守、传统的方式,8 CM风扇直吹,采用此方式散热的电源容易积灰尘,风力覆盖范围不足也是不容忽视的。另外,工作时噪音大,不配合电源下置的潮流等,也是被现在冷落的原因。

说过了当下和过去普及的散热结构,再说说未来可能广泛使用的技术——无风扇概念。这种结构静音是确定的,现在来说性价比方面,是让很多玩家望尘莫及的,无风扇散热,外壳和散热片需要改进的更通透,也必须基于高新技术的成熟。

还有就是智能散热方案,大水牛电源产品的智能延迟和调整散热方案,也会是未来技术发展的方向。智能延长散热方案,是在电源停止工作后,风扇继续工作1~2分钟给各部件迅速降温。而智能调整散热方案,可根据散热片的温度来调节风扇转速。这两种方案的共性就是节能环保,延长电源的寿命。符合社会理念,是长期发展可追求的。例:大水牛劲睿冰风卫士电源。

3.2 PC电源技术未来发展方向之外壳防辐射

前些年的PC电源外壳技术相对简单,样子也是大同小异,没有太多的创新,更不用谈个性了。那时外壳运用的材质是镀镍铁板,外面喷的银粉漆,来提升外观的美感。随着工艺技术的进步,好看耐用的外壳也随之多了起来。而未来电源外壳不仅仅需要外观和质量,更需要健康,防辐射的概念也要进行强化。

GAMEMAX提出的活性炭钢材质,让我们了解“消除辐射、净化空气、保护硬件”是可以兼顾做到的。

“活性炭钢”即是含有活性炭质的钢材。是采用尖端复合高温涂层技术将钢材与高密度丰富活性炭纤高度融合成一体,兼备钢与活性炭等多种矿物质,具备极高的吸收辐射环保特性。极大地提高强度,具有耐火、耐高温,更有效的防锈和防腐性能,“活性炭钢”不仅具备钢材在柔韧性、可塑性、耐压、耐磨、散热及抗高温方面的优秀品质,同时在色泽、光泽度、手感等方面也非常突出。

“活性炭钢”中的活性炭质具有较强的吸附力,能长期吸收空气中的有害物质,吸收辐射,净化环境等综合功能。被视为“万能吸附剂”。“活性炭钢”这一材质很有可能引领未来的外设产品的升级。

3.3 PC电源的精密性

PC电源是精密的电子产品,它为PC主机提供强劲的动力,它的输出稳定性、持续性、波动的大小,都跟电源本身的设计息息相关,追求极致精密的产品设计才是精品产品的王道。

电源的外壳,散热片,以及出风口形状都是经过精密计算的,它的大小将会影响到PC电源的散热性,抗辐射程度,电源稳固度,耐摔等环节,一个好的电源设计,应该从外壳开始追求到极致。

3.4 高效电源平民化趋势

有人猜测,未来的电源还会继续向效能逼近,厂商对极致效能的技术追求,消费者对极致效能与平民价格的诉求,都会迫使市场给出正确的选择,高效电源的平民化趋势将越来越强烈。

3.5电源的外观个性化趋势

一样的价格,更漂亮的外观,相信大家都会这么选购产品,未来是视觉化的时代,消费者从听到品牌商的名字,到见到品牌商的产品,看到产品相关的信息,再到把产品买回家,直到打开产品包装之前,他们都没有亲手触碰过产品,他们都是通过眼睛在媒体上,在电商上看图片,看新闻,看评测,看功能视觉化的介绍等,最终确立购买关系。因此好的产品、好的技术、好的设计都对消费者的视觉感受产生正面的销售引导。

然而,我们可以肯定,特别是随着节能、绿色电源必须遵守强制性能效规范,优化成本的发展趋势,电源技术朝着提高转换效率,提升功率密度,降低噪声,高可靠性及更低成本的节能方向迈进是符合市场发展需求的。

4. PC电源该何去何从

DIY市场正在历经一阵变革,尽管核心配件一如既往地备受关注,但在大融合风气越发盛行的当前,像电源这类过去相对被忽视的配件角色,如今不再深藏不露。DIY平台“供血心脏”的重要地位逐步彰显,从市场到终端用户都对它提出了更高、更具体的产品诉求,2015年的主流PC电源该是何般走势,下面网友们不妨跟随着笔者的思路一同探究一下。

说到电源该怎样选,供电能力和节能效果这是必然考量的两大环节。而随着市场和技术的成熟,300~400 W级别的电源已经难入主流玩家“法眼”,500 W级别,支持强悍12 V输出的电源,在主流平台上无疑能赋予用户更加充足的信心,也能为后续平台升级预留一定的空间;至于节能效果方面,转换效率在90%以上的金牌电源已然成为了玩家们的首选目标,更为先进的主动式FC+DC to DC供电架构,平台在长时间高负荷运行过程中,确实能让用户的成本支出“减负”不少,当然更重要的是 ,拥有一台金牌电源,还是DIY强人身份的象征。

这样一种身份象征,或许更像是一份DIY的“虚荣心”。用户们渴望自家手上的平台都属于顶级的装备,尤其是电源这一个角色,更希望能够长时间提供源源不断的强悍电流供应,这是很多DIY发烧玩家对电源的本质需求。而在进阶级的方面,玩家对电源也提出了关于外形层面上的需求,他们不再想电源走的是过于呆板的路线,他们希望电源也能像线条棱角鲜明玩客机箱、设计霸气的显卡那样,拥有自己的专属外形特质,以打破电源功能和特性单一的固有形象。而这正是2015年市场和玩家给PC电源所提出的新要求。

过去的电源更多侧重在内在做工用料和参数配置上,而对外形特性少有关注。而随着更多的 配件角色高调闪耀地走到大众眼前,电源君也逐渐开始注重自己的个性起来,极具电竞味道的外观风格,从LOGO到散热网孔夸张养眼的设计妆点,或者是带有蛇皮网包裹的扩展供电线材,这都是锐意让电源拥有更多DIY专属特质的体现,让电源达致内外兼修的产品鉴赏高度。

而另一方面,电源与机箱向来都是最亲密的搭档。在当前的机箱同样非常重视个性外观的风气下,大面积的侧透亚克力面板应用,配以LED灯效的炫眼视觉效果,让机箱内部的PC平台以全新的姿态展现在玩家的眼前。养眼的电源,也就能通过这样的一个平台大窗口,向玩家呈现出更美的一面, 而这种视觉感官的满足,已然成为了DIY玩家的一大另类追求。从这一层面上也“敦促”着电源的厂商和设计师们,产品的外形个性也得尽善尽美。