PC电源FAQs以及展开来说电源

mike521zx

PC电源FAQs以及展开来说电源
作者RonLiang@newsmth

第一部分  PC电源FAQs

计算机电源负责主机内所有元件的供电，自然成为了整个机器稳定的基础，近些年硬件（CPU，显卡）的功耗激增，也为高品质电源提供了更多的用武之地。大部分DIY消费者也不会满足于仅仅是一个“能用的电源”。让各位看官对电源有个大致的认识，就是本文的目的所在了。

PC电源FAQs
这个部分算是个初级入门篇，目的在于给之前对电源并不了解的xdjms一些解释。

1，我的机器需要多大功率的电源？
好在现在Intel悬崖勒马，没有继续搞PD那一套火炉CPU，现在大部分平台的耗电并不高。一般集成显卡的低端机器（一光驱一硬盘CPU也不高），随便找个市面上的非杂牌的电源都能搞定。
一般的有独立显卡的机器呢？现在卖的PCI-E的显卡，只要没有外接的6pin的电源接口，CPU不高，硬盘2-3个，那300W的也都轻松搞定，不少250W额定的也都能应付。
稍微发烧一下，CPU上个4核，显卡就一张，不碰一些出名的电老虎（2900XT，8800GTX/Ultra，1950XTX之类），也没有挂一串硬盘的习惯，那400W额定的电源也足够了。
如果是一些不常见的配置呢？比如ftp的机器，硬盘多。那一个硬盘算耗电<15W，计算上启动时候12V上的瞬时电流，算12V取2.5A-3A,5V取1A的供电要求，这样估算相对好算一些，余量留得也不小。如果硬盘支持顺序启动的话12V按1A估算也就足够了。
那如果超频呢，超频的话要留得余量就高一些，对电源的质量要求也高一些。仅仅是中低档CPU或者是中档显卡的一般幅度超频的话，买比不超频的时候梢高50W-100W的电源比较合理。
如果搞高端显卡的双卡SLI/CF的话，还是别低于600W了。

再推荐一个在线计算功率的地方网页（英文）：
http://www.extreme.outervision.com/psucalculatorlite.jsp

最后要说的一点是，尽管不能说电源额定功率越大质量就越好，但鉴于国内零售市场的电源的实际水准，普通电源在低端180-300W这个档次，确实在统计意义上随瓦数的提高有质量上的提升。即使是集成显卡的低端平台，如果预算允许的话，选择台厂大厂OEM的额定250W或者国内大厂（航嘉/长城）的额定300W也还是有意义的。

2，电源额定功率越大越费电？
答案是不会更费电
现在高输出功率的电源也真层出不穷。现在零售ATX电源功率最高的是Ultra的X3 1600W（这个产品最初规划的可是2000W，安全原因被改成了1600W）。这不都赶上空调了么？用这样的电源岂不是电表要刷刷的转？
这里的电源的额定功率是指最大的持续输出功率，表明一个最大的输出能力。实际耗电还是要取决于其它配件的功耗和电源本身的转换效率，而跟电源的额定功率并没有多少关系。
而且，有的时候适当的提高电源的档次，会因为转换效率的提高，反而更加省电。就像家里换了一个更粗更高级的水龙头，不能说就会更费水。说不定因为解决了之前的细水龙头的漏水问题，还更省水了呢。

3，主动PFC的电源更省电（费电）？
现在连看很多的电源官方广告都在宣称主动PFC，转换效率更高（满载时高达99%），更省电。实际上学电的人都知道，在交流电中功率因数校正电路（PFC）跟电源的转换效率并没有关系。功率因数是有功功率和视在功率的比值。电源的功率因数越接近1，那么在电源的输入电源线上的无谓的电流流动就越小。而体现在家里的电表上也只是这一点点的完全可以忽略的区别。
那么现在有人说主动PFC电源更费电是怎么回事呢？主动PFC的实现需要专门的主动PFC控制电路，而被动PFC仅仅是串接了一个大电感。单讲PFC这个环节，主动PFC确实是更费电，也没有被动PFC可靠。但是如果看整个电源，带有主动PFC往往档次更高，实际的整体上的转换效率在统计意义上更高。
结论是什么呢？考虑效率的话，不用关心是主动PFC还是被动PFC。

4，现在电源的多路12V是怎么分的？那些接口是从哪路12V取电的？
按照Intel的ATX 12V 2.x标准，300W及以上12V要分成12V1和12V2两路，其中12V2专门负责CPU供电，其它的都走12V1。现在看来，12v2专门给CPU大部分时候有些浪费。实际中也有部分电源“假多路”，实际上两个12V输出是接在一起的。也有部分电源在12V2上引出了别的接头。
对于那些12V多于2路的电源，因为没有标准来约束，分配取决于厂家自己，而且是型号和型号之间不一样，批次和批次之间不一样。要确定这个还是要依实际到手的产品而定。
*对于EPS12V标准的工作站/服务器电源产品，会有更多另外的约束。

5，电源好坏看重量？
这倒是个很方便的检查方法。看看电源好坏的话只要拎过来看看沉重就好了。好的电源元件多指标高重量也就实在。
但是过于简单的方法必然是有问题的。
如果说一个电源很重，比一般的都重不少，那么一般来说也比一般的电源好；如果和一般的电源都差不多，那就啥都说明不了；如果一个电源比一般的轻，那也别先下结论说这个电源就不好，看看是不是主动PFC先。
中高端的电源我们先撇开不谈，只局限于市售的300W及以下的电源。电源的沉重一般取决于两个：散热片的大小和被动PFC电感。这两个构成了低端电源重量差异的大部分，变压器和别的元件一般重量差不多或者重量可忽略。如果用的PFC电感是纸糊的，那电源必然轻。散热片大一些的话电源也会很沉。因此可以知道，如果一个电源和别的差不多重量，只能说这个电源没有特别偷工减料。体现品质的关键部分还没涉及到呢。即使是涉及到的PFC部分，也有国内的厂家只是有钢片而已，完全没有接到电路里面去。
如果遇到了一个主动PFC的300W以下电源（例如富士康的台达代工的凯旋骑士250W），因为没有PFC电感这一大块压秤的，电源会比一般的被动PFC电源轻。如果有轻的电源都不是好电源的习惯思维的话，那就会把高级货当成山寨货了。但如果不是主动PFC的电源的话，轻的电源就基本上等价于山寨货了。至于怎么看是不是主动PFC，不看内部的话看铭牌上的输入电压范围，90V-240V宽范围适应的都是主动PFC。

有兴趣进一步的确定一个电源的好坏的看管，可以参考这篇帖子。
http://diybbs.pconline.com.cn/topic.jsp?tid=7715798&pageNo=1

6，电源的铭牌怎么看？那些功率数都是啥意思？那些1.3/2.0/2.2之类的标准都是啥？
对一般用户来说，电源的铭牌上有用的信息主要是电源的额定功率，电源版本和电源的输出能力的表格。

对于电源来说功率一般有额定功率和峰值功率两个指标，额定功率是指电源在一定温度下长时间持续输出的最大功率。峰值功率是指电源短时间内（例如17秒）可以输出的最大功率。
市面上不少电源都没有明确的标出电源的额定功率。有些电源（如antec,zippy）标的是最大功率，一般也相当于额定功率（额定功率的英文一般就是Max power，但是也有例外，比如acbel最近就开始分别用max power和outputpower区别峰值和额定。现在还不知道是不是个趋势）。而峰值（peak）功率是没有意义的。峰值功率只是js用来把250W的电源说成350W用的。在市场里问商家航嘉冷静王加强版是多少瓦的，得到的不少回答会是350W。

电源铭牌上也会标出电源的标准，比如1.3版，2.2版这样的。这表明了该电源符合哪一个级别的ATX12V标准。对一般消费者来说，1.3版的电源目前一般不会买回来用不了，2.0以上的产品差异都不大。数字越大表明产品推出得越晚。对新设备的适应性更好。

铭牌上的输出表格主要是和Intel的标准对照着看。比如12V的最大输出功率是多少；3.3V/5V的最大联合（或者分别）输出功率是多少；5Vsb的最大输出是多少。如果铭牌表示的不规范，那就要对这个电源的品质打问号了。不规范的厂商怎么能生产出规范的产品呢？如果标示的数字不够Intel的标准要求（比如曾经的磐石5002.2版，+5Vsb达不到Intel在2.2规范里面的2.5A，12V输出能力也弱于标准），那就要怀疑一下厂商的小动作了。


第二部分 展开来说电源

1，电源的标准
电源的标准可以说相当的丰富，有厂商自己定义的标准，也有一些业界统一的标准。我们最常见的电源标准是由Intel领导制订的ATX12V标准。详细制订了电源的功率输出，效率，信号时序，噪音，接头，铭牌/标签等要求。现在最新的是2.3版。分别就不同时期的硬件发展做出修订。细节很多，主要说来1.3开始引入cpu辅助4pin接口；从2.0开始规定12V输出要分12V1和12V2，主板20pin改成24pin；从2.01开始去掉-5V输出；从2.1开始加强了5Vsb待机电流的输出；从2.3开始额外规定了各路12v的峰值输出，把80plus效率标准作为建议，把300W以下额定功率的电源去掉了2路12V的限流要求。

另外Intel也规定了一些特殊尺寸的电源，CFX12V/LFX12V/SFX12V/FlexATX。
而在现有的BTX标准中，对标准ATX大小的电源完全采用了ATX12V的标准。没有所谓的BTX标准电源。

在服务器/工作站领域，会有EPS标准。其中ATX尺寸的电源的标准为EPS12V。也是Intel领导制订的。ATX12V标准现在最高制订到450W，而550W-950W的标准就归EPS12V了。最新的EPS12V2.92也依然建议80plus的效率标准。制订了比ATX12V更详尽的各路12V的接口要求。例如对于5路12V输出的电源，CPU的8pin取12V1和12V2，12V3接入主板的24Pin，外围设备取12V4，显卡的PCI-E供电取12V4或者12V5等等。EPS标准对于目前的高端大功率的PC电源，起到了实质上的指导标准的作用。

在这部分再次说一下12V的分路问题。其实把12V分成多路的目的不是为了让各路12V相互不影响。而是为了安全考虑，限制每路12V输出不超过240W。对于绝大多数电源，12V都是从一个变压器的一个抽头出来，一起经过功率管，一起滤波，只是在最后监测电流的时候被分出来的，意义仅限于分开限流而已。多路12V对玩家来说反而是个麻烦的枷锁，尤其是有高端显卡的用户。所以现在很多玩家定位的电源在炫耀单路12V输出，更有不少电源厂商偷偷摸摸的在铭牌标着多路12V，而实际上所有12V都从一根线上引出来。完全独立的两路12V电源现在也有，不少高功率的电源都有两个主变压器，以防止过大的功率引发一个变压器的饱和，这样的电源大多有两路完全独立的12V的输出（不过个别电源，比如Topower的产品，12V从主变压器出来之后就合在一起了，这个就白搭了）。

2，电源的输出功率
电源的输出功率的确定其实是个相当随意的事情。尽管Intel有严格而详细的标准来规定各级别的输出功率（主要体现在Load Rattings和Cross LoadingGraph），但客户和消费者不会拿着仪器，对着标准去测吧？各个电源的输出能力根据设计和用料，其实千差万别。不同厂商留出的电源余量是不同的。
电源输出功率的混乱也是有客观原因的。电源的输出能力随温度的升高会显著下降的，这是因为电源内采用的功率管的特性的原因。因此，在什么温度下确定的额定功率就是一个问题。负责任的厂商会在50度的时候确定额定功率，而有些厂商就会在室温的时候确定。这就导致了电源的实际输出水平差异很大。毕竟要在高温的时候保持一定的输出和长时间的稳定性，不少部件的成本都要跟着上升。在实际应用中，大部分人都不会给电源单独的风道，电源都要直接吸入机箱内被显卡和CPU加热过的空气，因此室温环境中确定的最大功率对大部分用户来说并不实际。（因此有的时候仅仅是散热的变化就能让一样的电源的额定功率上下浮动50W）
让问题严重的是，现在很少有厂商披露额定功率的温度环境。而且即使是一些大厂名厂的电源都可能有这个问题。甚至直接的虚标额定功率。例如coolermaster的外销的SeventeamOEM的低端超强系列，额定功率直接被标高100W（内销的讯宝OEM的超强系列就更不用指望了）。
而且有的时候因为电源的品控问题，即使是名厂名牌电源也有达不到最大功率的时候，例如acbel就有数次送测的高端电源没法达到标称的最大功率。
一般负载下的功率是这样，拉偏的时候的功率输出要求就更高了。Intel标准中规定的Cross LoadingGrapg的要求，其实很多电源，包括大厂产品，都达不到，只有一些非常好的产品才能达得倒。看X-bitLabs的数轮ATX电源横向评测就可以很好的看出各个电源的拉偏性能，其中FSP的GreenPower结构的一些电源就很明显的看出在拉偏方面的缺陷。

3，电源的效率
电源的转换效率是指直流输出的功率与交流输入的功率之比。这是一款电源省电与否的标志。效率越高不但越省电，而且发热越低，对电源的静音和稳定性都有好处。近些年PC电源的技术进步，相当一部分体现在效率的提高上（具体的技术这里暂时省略）。
电源的效率受实际的负载的影响最大，其次受温度和输入电压也有一定的影响。一般来说，温度升高，效率会略有降低；输入电压升高，效率也会提高。电源的效率相对负载的变化情况比较复杂，按照ATX12V2.3中的测试条件，电源在典型负载（50%）左右达到最大效率。当然，还是有些特殊的电源的。比如有的电源满载的效率不比典型负载的时候差，有的电源有着比一般电源更出色的轻载性能（不过轻载再好的电源，在负载低于15%的时候也都惨不忍睹了，所以有的时候配更高功率的电源也不是好事）。
提到电源效率，就不得不说80plus这个美国的标准了。其测试标准是依照ATX12V的测试方法，在轻载（20%），典型负载（50%）和满载（100%）的时候效率均超过80%。并且PFC>0.9（基本在要求主动PFC）。获得80plus认证的电源会贴有80plus的标志，在美销售的可以按销售数量享受美国的补贴。80plus这个标准已经出来有些时间了，只是在近期才获得了前所未有的认同。ATX12V，EPS12V都把80plus当作效率的推荐值，能源之星4.0标准干脆把80Plus作为电源产品的子标准之一列入。HP和Dell这些品牌机厂商已经有相当数目的认证产品出现，几乎全线普及（而Lenovo还暂时没有，不过think产品线即将全线引入能源之星4.0）。基本上所有的大厂都有一定数量的80plus型号，国内的航嘉现在也有三个型号的产品通过了80plus的认证。80plus肯定会越来越接近我们国内的一般消费者。
曾经有一个说法，就是高效率的电源内部会相对比较空，过多的元件不宜于效率的提升。典型的例子就是FSP的GreenPower，Seasonic的电源内部也较空。实际上这是不对的。GreenPower元件少主要的考虑是欧洲的WEEE法案，元件少的产品要付的资源回收费用也就小。而现在服务器工作站级的产品也都在普及能源之星4.0的标准，符合80plus的服务器产品也越来越多了。OCZ的FSP OEM的ProXstream1000W就是个80plus的双层PCB的电源，类似的例子还有Dell的XPS7系列的750W/1000W产品，也都是80plus认证的双层PCB的电源。
当然80plus之外，也有不少厂商在效率问题上虚标。最直接的例子是国内航嘉在数款电源上声称转换效率高于83%，实际上大部分是彻头彻尾的虚标。不过还算可喜的是，国内的大厂（航嘉/长城）产品在待机功耗上的表现都还不错，可能是跟国家的倡导有关，但首要原因还应该是这些产品所采用的方案多少有所进化的原因。

4，电源的噪音
电源的噪音大部分是风扇，再就是里面元件的震动噪音。后者基本上可以认为是生产过程中加固胶的工艺问题，这里主要说前者。
电源的噪音和高性能是一对矛盾体。风扇转速高，散热好，性能和稳定性就会提升，而噪音就会大。如果为了噪音，降低风扇转速的话就要牺牲性能和稳定性。解决这两个矛盾的办法就是提高电源的效率，以此来降低发热。因此现在在静音方面走在前列的厂商，基本上在效率上也走在前列。
静音的另一个要求是功耗，以现在的水平，除非是全无扇电源，在满载的时候是不会安静的。所以一般打造静音系统的时候，总功耗不能高，而且不宜超过电源的典型负载(50%)太远。
轻载时风扇转速低取决于温控电路的设定。一般以静音为卖点的电源的温控电路触发电源风扇加速的阈值温度设得较高。设置的最低的转速也很低，12cm的风扇也就800转/分钟左右。
12cm风扇的电源因为同转速风量的优势，比8cm/9cm的产品更容易静音。但8cm/9cm风扇的电源也是有超静音的例子的。不过12cm/14cm风扇的电源暂时还没有在正规的服务器和工作站的产品中出现，确切原因未知。
因为风阻的原因，太过拥挤的电源没有超静音的（这也是为什么双层PCB结构的电源只有在9cm风扇10cm高的厂商自定义产品中才有超静音产品的原因）。
现在也有一些办法给电源降噪，例如有些地方流行给电源单独的风道，把电源和下面的CPU显卡隔开，开出一条直达前面板的风道来，降低吸入电源的风的温度，来让电源的温控电路把电源风扇转速降到最低。还有些减震钉，减震胶垫，电源吸音罩之类的静音配件可选。

5，电源的接线
电源的接口丰富不丰富也是个衡量零售电源的标准。丰富的接口可以免去转接的麻烦。包了蛇皮网的电源线也更利于机箱内的空间整理。由Antec的neo480发端的模组接线方式因为可以自由管理插线也很受玩家们的喜欢。其实电源的接线也能看出一个电源的品质的。例如电线两端是不是带有EMI的磁环；例如线的插头的镀金（例如Delta的铍铜材质就很先进）；例如所用电线的粗细AWG18甚至更粗的电线；例如带不带足够的8pin和6pin接口等等。虽是细节但也体现问题。比如高端显卡用的PCI-E的6pin/8pin电源接口，传输功率大，要求要高，如果电源本身不带足够的接口，需要转接的话，就很容易出问题。再比如虽然现在cpu的8pin口绝大部分主板都可以只插4pin，但还真有一些主板在这是分开供电设计的（本来EPS的要求在这里就是12V1和12V2两路）。
倒是现在很多高端电源的模组接线功能，在方便之余，也引入了一些额外的接触电阻，接口和电源在内部对接口的处理不但增加了成本，而且增加了产品故障的隐患，因此在严肃的服务器/工作站应用中应该避免使用。

6，电源的寿命
这里只讨论正常使用的情况，误操作把电源烧掉的，这个没法预计。
电源的寿命跟使用环境，使用的负载和电源的设计、用料和工艺都有关系。前两个原因就不说了，属于用户自己的问题。
围绕着电源寿命的因素主要是热量和元件的耐温性能。存不存在热量过于集中而散热达不到要求的地方。存不存在散热的死角。存不存在能量密度过大而元件指标或者布线不够合理的地方。尤其是那些超静音的电源，刻意降低风扇转速(12cm,800rpm)，元件的温度就比风扇转速一般的(12cm,1100-1300rpm)的产品要高。如果使用了质量不过关，或者是耐温低的电容，那寿命就很堪忧了。现在台产的也就Teapo（至宝）在电源上有不错的口碑，剩下的口碑好的电容基本上等价于日本电容。。电容爆浆占了电源故障的相当大比例，不少电源（例如Antec的CWTOEM产品，例如Enermax）都因电容问题返修率稍高，口碑受影响。
另外，现在不少产品用平均无故障时间MTBF来宣传产品寿命稳定。一般台厂的产品均标称10W小时，Antec标称8W小时，Tt的toughpower标称12W小时，Coolermaster的部分Acbel产品标称40W小时。国内厂商，前些阵子海尔和联想都在笔记本上大作MTBF的文章，长城也跟着先后给ATX-3008SP和ATX-300SD通过了国内的6.5W和12W小时的MTBF测试。
一般来说，故障率低不就代表寿命长么？但问题是，这项测试的实际方法可不是一台机器跑过了多少万小时。而是数百台机器一起跑一段时间（例如国内标准40天）。这个数字高对消费者来说只代表产品质量稳定，买到臭虫的几率低，但并不说明长时间的寿命。比较搞笑的是长城的ATX-3008SP才通过6.5W的MTBF就开始宣称长寿将军了，虽然说可能国内的标准和国际上的不同，但6.5W小时可是低于一般水准。

7，电源的待机功耗
现在国内很多厂商在炒作这个概念，待机功耗低于0.7W。那么这个待机功耗是指什么呢？

首先实际上待机功耗应该是一个整机的概念，而不是电源的概念。整机接上电源，主板等设备就要从5Vsb取电，虽然很少。电源自身的APFC等部分也会有或多或少的功耗消耗。对整机来说，有两个功耗。一个是standby level的功耗。也是offmode。对应于ACPI电源管理中的S4或者S5（也就是一般说的休眠）。或者是关机的功耗。数值上应该是一致的。。只要不彻底断电，就会产生耗电。

另外还有一个sleep mode的功耗，对应电源管理的S3状态。也就是我们一般说的待机。
这个功耗数值比上一个要大。

在最新的能源之星4.0标准里面，对台式机规定的standby功耗<2W，sleep功耗<4W。要求还是很高的。

上述的标准是针对整个系统的。整个系统定了，standby也好，sleep也好，数值就固定了。
但如果单独对电源说呢？一般名字上说和第一种一致，standby。
那怎么测呢？一般来说电源的standby功耗就不是一个固定的值了。测量的话要在5Vsb加负载的。比如100ma/250ma/1000ma，或者5Vsb标称值的20%，50%，100%。应该给出三个点来。
但是现在市面上的个别宣称待机功耗低于0.7W的台式机电源（远超能源之星4.0啊）是怎么测的呢？5Vsb上100ma？不可能吧，这么高的5Vsb的效率。。。
本人怀疑是插着AC电源之后DC输出这边啥都不接的功耗。。。“纯”待机。大部分用户不能指望自己的机器在待机的时候真的会这么省电。