主题 : [转帖]看懂电源评测专业指标逐个解析
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0 [转帖]看懂电源评测专业指标逐个解析

早些日子,本人已经就电源的各部分参数、内部用料的细节,做过的一番详尽的分析,务求让大家看电源评测的时候,不至于好像看天书那样,正当我伴随着些许沾沾自喜的心态收笔的时候,突然才想到,其实我们平时接触的那些电源评测文章的,除了参数、特性介绍,除了拆解元件的细节讲解以外,同时还会涉及到另外很多数据上的指标,无论是国内媒体的评测还是国外媒体的评测,都经常能看到电压、纹波、交叉负载、保持时间和动态测试以及转换效率这几个检测项目。但是许多人并不知道这些检测的意义所在,也不知道怎样的算好,怎样的算不好。因此,为了让大家能够更好地理解这些评测所能透露出来的意义,在这里,我就分享一下自己所知道的小知识。


电源的输出电压:

电脑电源简单的来说,其主要作用之一实际上就是把把电网电路中的电压(中国的电网电路的电压为220V,某些国家[如美国],其电网电路的电压为110V)转换为电脑硬件中常用的+12V、+5V、+3.3V、5Vsb、-12V。而简单的来说,就是12V、5V和3.3V三种电压。但正如电网电路中的电压也会浮动一样,电源的输出电压也会发生浮动。这些电压浮动变化会对电脑的运行甚至寿命有着极大的影响,而这些浮动的大小则与电源本身的性能品质有着巨大的关系。因此电源的输出电压的检测,也就有了其存在的意义。

输出电压的电压值,一般与电源的各路的负载有很大关系,因此一般在电源评测时,会选取数个负载固定在不同的值来进行检测,如下图:


然后将检测值连成一条曲线,让读者能更直观的看到输出电压的变化。根据INTEL ATX电源标准的规定,输出电压偏离不能超过5%,而浮动不能超过6%。如下图:



   
而一个好电源的输出电压应该满足这么几点:

1、 电压曲线平滑,斜率越小越好;
2、 电压要处在一个标称电压附近,不应超出过多。

这里我们不妨可以这么理解,电源的输出电压的稳定性好坏,就是相当于一个杠杆的两边,其偏离的总有一个度,根据规定偏离不能超过5%,而浮动不能超过6%,超过了这个“杠杆”的极限,自然会有不稳定的情况出现。

电源输出电流的纹波:

电脑电源的重要作用之一,就是把电网电路中的交流电转变成为电脑硬件使用的直流电。但理论仅仅是理论,实际上电源输出的不是纯正的直流电压,里面依然有些交流成分,而这就是纹波。纹波实质上是输出直流电压的波动,但这是微观方面来说的,因此万用表或者软件并不能测量出纹波,只有示波器才能对纹波进行检测。纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值,因此只要把示波器显示出来的图像的最高值减去最小值便能知道纹波的大小。


当然,有的示波器配套的软件并不会直接显示出纹波,因此我们只能进行估计了:


如上图,每一大格代表着20.0mV(0.02V),仔细看一下,我们还能看到每一大格被分为了5小格,因此在此图中,每小格就代表着4.0mV。而根据图像,我们可以估计出,纹波大约为44mV。


一般来说,纹波与电源内部的电容的数量,容量和品质有关,但此外纹波的大小还跟电源本身所负载的多少有关系,负载越高,纹波也就越大;因此一般测量纹波时都会选取负载在50%和100%两种情况下进行检测。

根据ATX标准,每路的纹波值不能超过该路标称电压值的1%,即12V不能超过120mV,5V、5Vsb与3.3V均不超过50mV。

以下为同一个电源的同一路输出在不同负载情况下的纹波:


   
从中我们可以看出,在负载不同时,纹波的变化还是很大的。

这里总结一下,纹波就是电源将交流电转换为直流电过程以后,直流电所依然存在的类似于交流状态的小幅波动状况,这个纹波数值的表现,跟电容、MOS管等品质和数量有关,也电源的负载程度有关,好的电源能够较好地抑制纹波数值的上升,这就是为什么很多高转换效率的金牌电源都玩堆料这一路的重要原因。

关于交叉负载:

交叉负载实际上就是不均衡负载,比如有些时候,12V输出很大功率(重载),但是5V和3V联合则只输出很小的功率(轻载);而有些时候,12V输出很小的功率(轻载),但5V和3V联合输出则会输出相对很大的功率(重载)。并且在实际应用中,这种情况也都是时常发生的,因此交叉负载的测试就会更接近实际实用的情况。由于用料,尤其是高压侧(二次侧)设计方面的原因,在某一路输出重载而另一路轻载的时候,它们之间就会互相产生影响,使得轻载的那一路输出电压升高,从而损害使用轻载输出的那一路供电的电脑硬件;而这就是交叉负载测试的意义所在。

交叉负载一般使用的是INTEL ATX的标准,一般在交叉负载的测试中,会有6~8个不等的检测点,把这些检测点连起来后,我们能看到下面这样的图:


以上这个就是INTEL ATX2.31标准对额定300W电源在交叉负载方面要求的标准图。图中X轴代表的是12V输出电路输出的功率,而Y轴代表的是5V和3.3V联合输出的输出功率。而多边形内的每一个点的总输出功率就等于X+Y的值。比如在这个额定300W的电源的测试中,X+Y≤300(单位:W)。感觉起来,有点像高中数学里学的线性规划。


上图是一家媒体的由在评测时所得出的结果说画出的交叉负载图,图中,中间那条直线是均衡负载线,也就是说在这条线上的各个测试点各路的负载都是均衡的,并没有偏重于哪边。因此这条线就把整个图划分为5V和3.3V联合输出的重载区和12V联合输出的重载区。根据电源额定功率的不同,由于各路所能输出的最大功率都是一定的,因此图中红色的那条线就代表着在那个情况时5V和3.3V联合输出电路是满载的,而蓝色那条线则代表着这个情况是12V输出电路是满载的。


当然,有的媒体的测试则主要是给出测试结果,并不会有那条均衡负载线,如下图:


各个媒体的交叉负载的测试虽然会各有些许差异,表达好坏的方式也有些不同,但按照标准的方法的话,就是看这个电源测试出来的结果画出来的多边形与该电源额定功率相对应的标准的图对比,如果测试出来的结果的图有超过标准的图的地方,就是合格了,如果被标准图的边缘线超越,则被超越的部分不合格;如果一个测试结果图能把整个标准图全部包住,那么就证明这一款电源的交叉负载性能是合格甚至优秀的。



用蓝色线条标注的区域把标准线条所标注去区域包了起来,而用红色线条标注的区域则被标准线条所标注的区域包住了。因此,在交叉负载测试中,蓝色线条所代表的电源优于红色线条所代表的电源。


而有的媒体,则是以在各个检测点的检测值与标准值做对比,然后根据偏离的大小用不同的颜色标注拉标明交叉负载测试的结果。如下图所示,绿色点的偏离值就小于黄色点的偏离值:


这里说明一下,交叉负载是一项接近于实际应用的测试,对比12V与3.3V/5V之间的输出情况,了解实际应用过程中,各路电路负载程度的不同,所出现的是否均衡的状况,也就正如一个提水的人,两边都提着吊桶,两边的水重量不一样,这时候要如何达到均衡呢?就用这个交叉负载测试图来说话了。

关于动态测试:
动态测试其实就是测试某一路输出的负载在连续变化的时候其输出电压的浮动值的测试,因此在英文中动态测试叫Transient Testing,直译过来就是瞬态测试。根据INTEL ATX的标准,在做动态测试时,负载的变化应该为这一路输出的额定功率的50%,然后进行来回跳动来测试;意思就是比如某一路电路输出的额定功率为120W,那就是在60W和120W之间来回跳动或者30W和90W之间来回跳动。由于电脑在运行中,配件的占用量是每时每刻都再变化着的,因此功耗也是每时每刻都在变化着,因此这就是动态测试的意义所在。

上图为动态测试中经常能见到的测试图,如上图所示,动态测试的测试图和纹波测试的测试图是差不多的,而且也都是使用示波器来测试的。动态测试最好的结果是电压不浮动,主线成一条直线。但是那时不可能的,因为大自然的物理规律不给我们那样,我们当今的技术也尚未足以把大自然的物理规律彻底打倒在地,因此我们能看到主线被分成了三段。而这主线就是电压值,电压变化越小,这三条主线的距离就越近,越接近一条直线,那么就越好。当然,我么在里面还能看到瞬时的一个夸张的电压突发值,这就是电感尖刺。一般来说,电源输出端的线越长,这些尖刺也就越高。但不必担心,因为板卡上简单的几颗电容就可以完全滤掉这些尖刺;因此这些尖刺完全可以忽略,并且在测试中也是不会去考虑尖刺的。


说白了,动态测试,就是测试某一路电压输出时,不断变更功率的负载程度(也就是瓦数),该路电压是否有波动,如果输出电压波动大了,自然对电源的稳定性都会有所影响了。正如一个水闸,时刻承受水力的变化,通过的水量,都是动态变化着的,但是就是要保证的是这一路水闸,能够牢固,无论是如何的水里变化,都能承受得住,而出现不易波动。

关于保持时间:

保持时间:英文叫Hold-up time,指的是交流输入被切断后起,到+5V输出跌落至4.75V(即低于标准值5%)的时间。这项指标与用户机械硬盘的可靠性有一定关系,并且在突然断电时,由于电脑的供电从电网转换为UPS(如果有UPS的话)的时候,也是需要一些时间的,因此这也都与保持时间有着不可分割的关系。Intel ATX12V规范要求满负载输出下保持时间不低于16ms。 保持时间主要跟主电容的容量以及设计方案有关。比如半桥拓扑的电源往往需要非常大容量的主电容,以至于我们市场能够在半桥拓扑的电源上看见两个庞大的主电容并联在一起。但正激架构的方案一般则只会使用一个主电容。当然,由于保持时间目前来看在正常情况下(也就是不会经常停电)并不会对电脑的硬件产生多大的危害,因此许多电源厂商都会在主电容的容量上缩水。并且,由于测试保持时间的仪器复杂,至少由可编程交流电源、直流电子负载仪和示波器(或者采集卡)一起做的测试,而国内尚未发现有哪个媒体有能力测试保持时间,因此在此就不再多做介绍了。


之前通过电源参数和做工的细节描述,让大家对电源好坏有一个感性的判断,而这里,则是通过数值的呈现,让大家对电源体质的优劣,提供了一个理性的衡量依据。
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