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　　电源，计算机的心脏

　　提到电源，就想起了这样的一个错误的比喻：CPU是电脑的心脏……严格说来，这是一种完全错误的说法，甚至可以认为是一个根本不了解电脑的人的说法。用这种比喻来强调CPU的重要性，初衷当然是好的，但这种说法无形中掩盖了计算机真正的心脏——电源的重要性。

　　电源，计算机各个部件的能量源泉，默默无闻，却非常重要，它的工作情况决定着所有计算机部件能否稳定正常运行。值得庆幸的是，现在人们已经越来越重视电源了，越来越多的用户已经认识到了电源对整个系统的影响之大。

电源，计算机各个部件的能量源泉，默默无闻，却非常重要

　　很多强调电源重要性的说法通常都会列举各种电源质量有可能带来的问题。那当然不是危言耸听，但我想大家对这些老生常谈一定已经有些厌倦了。今天咱们不提那些，只说一点——电脑里最重要的部件。

　　如果我问你，你的电脑里哪个部件最宝贵，你最不愿意看到它损坏？一定有人回答CPU、主板或者高端显卡……其实这些都不是最重要的，电脑里最重要的部件是——硬盘。为什么这样说呢？虽然现在一块大容量硬盘也不过七、八百元钱，但硬盘里的数据却是无价的，因为宝贵的资料、个人创作的成果和美好的记忆是多少钱都买不来的。那么如何保证硬盘长期稳定地工作呢？排除无法干预的因素，我们能为硬盘所做的最根本的就是给它配备一个能够提供充足、持续、稳定的电力供应的电源了。

酷鱼的电压要求

Cheetah硬盘的电压要求

　　从上面两个例子中我们看到，同样是Seagate的硬盘，不同用途的产品对电压的要求也是不同的，其中，性能更强、转速更高、运行负荷更大、数据重要性也更高的Cheetah系列对电力供应的要求就更加严格。

　　由此看来，硬盘的确是电脑里最重要的部件，容不得一点错误的发生，而电源，作为直接驱动硬盘工作的“心脏”，虽然价值不过数百，坏了还可以换，却攸关电脑中所有其他部件的稳定运行，甚至会直接影响到硬盘中数据的安危，从这个角度来理解，其重要性就不言而喻了吧。

　　那么，对于这颗“心脏”，到底怎么样才算健康、合格，我们应该怎样去要求它呢？仅仅能够输出直流电显然是远远不够的，为了保证用电器的稳定运行，我们通常要求电源首先要稳，也就是输出的电压要稳，还有就是能够负担更多或者功耗更大的用电器，也就是输出功率需要达到一定的值。

　　今天我们就来谈一谈电源的功率，看看现在市场上各款电源的功率究竟是多少。

　　电源的原理简介

　　说起电源的原理，可能很多朋友已经有了一定的概念，甚至会不屑地说，不就是把220V交流变成直流输出么？话是没错，但是这其中涉及的方方面面绝非一言半语能够说得明白，今天在这里把电源的原理分析个通通透透也没有必要。作为购买和使用电源的消费者，我们只需要大致了解其中的原理就行了。

　　如下图，简要地说，ATX电源的内部结构可以分成8大部分。

　　首先是在最前级的EMI滤波电路以及PFC功率因素矫正电路，此部分电路的作用在我们上一篇文章里已经有所说明，在此不作过多的介绍。

　　经过以上电路的处理，就能得到较为平整的正弦波交流电，送入前级整流电路进行整流，通常此部分工作都由全桥式整流二极管来担任。经过全桥式整流二级管整流后，电压波形呈以下的形状：

　　由图可见，整流后的电压全部变成正相电压。不过此时得到的电压仍然存在较大的起伏，这就必须使用高压滤波电容进行初步稳压，将波形修正为起伏较小的波形。

　　接下来，经过高压滤波电容初步稳压的电源将兵分两路，一路送往5VSB电压生成电路，另一路则送往我们熟悉的12V，5V，3.3V电压生成电路。由于前者电压为常电，而后者为只有开机才能供电，因此这两部分电压被分成两路分别生成。

　　下面我们进入开关电源的核心部分。此部分的原理是通过PWM控制芯片或简单的自激振荡电路通过变压器耦合的方式来精密控制负责功率生成部分的开关电路，再由开关电路通过变压器耦合的方式将功率传递给后级的整流、滤波电路。

　　由于此部分电路电流的数值和变化频率很大，因此关键部件发热量极大，必须使用散热片。通常前端的散热片上固定开关电路的开关管；而后端的散热片上则固定后级整流电路中的整流管。两块散热片中间则分别是体积较大的负责耦合主开关电路与后级整流电路的开关变压器；体积较小的负责耦合副开关电路与后级整流稳压电路的开关变压器以及负责耦合PWM控制芯片与主开关电路的互感线圈。这就是我们在电源中常见的两块散热片以及三个变压器的来由。

　　最后，稳压管再将最后的直流电压调整为所需要的各种电压，供给各种不同的电脑部件。

　　不同电压，各有用途

　　我们看到，电源最后的输出是有多组不同的直流电压值的，那么为什么需要安排这样多的电压呢？一个不够么？采用这样设计的原因就是由于电脑内部的各个用电器所需要的电压是不同的，如果仅仅给一个电压是无法满足需求的。电脑的部件需要怎样的电源供应呢？答案就是一组稳定的电压，所谓一组，就是指电源所提供的六个输出电压，这六个电压值通常是标识在电源的铭牌上的，也就是+12V、+5V、+3.3V、-5V、-12V和+5VSB。

　　这六组电压通常用在电脑的不同部分：

　　+12V(黄色)：主要应用在耗电量比较大的设备上，特别是一些有机械动作的设备，比如，风扇，各种驱动器，甚至目前很多高端的显示卡上都需要。

　　+5V(红色)：+5V可以说通常是伴随着+12V的输出而出现的，它们最常见的就是大4P的接口了，+5V的电压通常用在比较普通的部分，即没有机械动作并且集成度也不是特别高的芯片上。

　　+3.3V(橙色)：这个电压不供给任何单独的外接设备，而是直接接在主板上，通常负责给一些芯片或者内存供电，很多集成度相当高的芯片用的低电压就是由+3.3V再降低得来的。

　　-5V(白色)：这个电压直接供应主板。本来-5V的电压是给ISA插槽使用的，但是随着ISA插槽的淘汰，-5V电压已经早就用不上了。ATX12V 1.3版的规范中已经正式取消了这个电压的供给，所以一些较为新型的电源就根本没有这个电压的输出，因此这样的设计也不像一些媒体所宣传的是某个厂商的特殊设计。

　　-12V(蓝色)：这个电压供给主板。具体作用不详。

　　+5VSB(Stand By，白色)：这个电压供应给主板，是一个待机电压，也就是电源没有启动的时候输出到主板的，用来负责网络启动、键盘启动和软启动等。

　　这仅仅是一个大致的分配。随着电脑技术的发展，各个部分用电的情况也在发生着变化，其中最大的一个特点就是CPU的耗电量以及显示卡的功耗的增加，在主板以及显卡上增加了新的电源接口，其中主板上增加的12V电源已经被写进了ATX电源的规范中。主板采用将12V引入的方案主要是因为相对较高的电压有助于减少线损，而且可以更方便的用于其他需要高电压的设备。

　　在这六个电压中，每个电压所能提供的功率也是不同的。如果我们注意观察就会发现，一台电源的绝大部分功率都是由前三个电压提供的，也就是+12V、+5V和+3.3V，而后三个电压由于并没有接到大功耗的设备上，所以它们的功率最高不过20W，属于功率考量中次要的因素。

　　我们已经知道，每种不同的电压都会有不同的用处，最明显的就是+12V、+5V和+3.3V。我们已经提到了，+12V通常用在有机械动作的部件上，而后面两个较低的电压通常用在芯片这样的低电压高电流的设备上，这其中是什么原因呢？其实，学过高中物理的朋友只要仔细想想就明白了。

　　首先我们来看看+12V使用最多的部件，也就是各种有机械动作的部件，包括各种驱动器以及风扇。从能量转换的意义上来想电脑中有机械运动的部件，无论风扇还是驱动器，它们的马达都是把电源供给的电能转换成了动能，如果再深入一层，其实这些动能的来源全都来自马达内部线圈磁场变化的驱动，也就是说电脑里所有有机械动作的设备都是由电能驱动磁场变化的。

硬盘的盘片和磁头臂都是有机械运动的部件

　　我们知道，每一个线圈，无论是磁头臂上的也好，还是风扇中电机的线圈也好，它们都是有一定的电阻的，而且这些电阻是定值，不会改变，而初中物理中我们就学过焦耳定律，电热功率＝电流的平方×电阻，电阻的存在会将电能转化成热能白白消耗。为了获得足够的磁场强度来驱动设备，就需要让线圈能有更好的转换效率，让尽可能多的电能转换成磁场，而热能的产生尽量的少，这不光是为了节能，更重要的是保证线圈不被烧毁。

　　由此可见，对于电脑中所有存在机械运动的部件来说，获得的电能一部分被转换成磁场完成动作，另一部分则被电阻转换成了无用而且有害的热能。我们当然希望转换成磁场的“有效”电能尽可能多而转换成热能的“有害”电能尽量少，这就需要将线圈中的电流控制在较小的范围，在电阻一定的情况下，唯一的方法就是提高线圈上的电压，提高电压就能保证较小的电流也能让足够多的电能转换为磁场，这就是为什么一般风扇上标注的电流值都很小，也就是为什么凡是有机械动作的部件都需要电脑里最高的+12V电压来驱动。

　　讲到这里，我们就不能不谈到与之相反的另一个极端，也是电脑里的用电大户，甚至可以称为电脑里最耗电的部件——以CPU和GPU为代表的各种芯片，这些芯片的耗电量之巨甚至达到了100W以上，尤其是CPU和GPU，都必须加装散热片再配合风扇才能保证散热效果，但是这些芯片上加的电压却很低，这又是为什么呢？

　　其实从电学角度来看，这些集成电路的能量转换非常简单，就是把电能转换为热能，为什么在芯片上使用的是很低的电压而却是很高的电流呢？这是因为随着工艺的增加，芯片内部的连线不但原来越细，而且连线间的距离也越来越小，过高的电压容易导致击穿，造成芯片的损坏，而同时为了获得更加清晰的信号，就必须保证有足够多的电子来传递信息，因此增大电流成为必然的选择，这就造成了芯片上出现高电流低电压的情况。

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