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选对PC心脏 七大参数让电源明明白白


分页浏览|全文浏览    【中关村在线 原创】 作者:潘轲     评论
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让电源象显卡一样简单明白

    大家攒机时最先确定的肯定是CPU或者显卡,因为我们很容易可以从网络上找到CPU的PCMark测试数据或者显卡的3DMark测试数据,从而得知需要什么档次的CPU才有足够的效率,什么档次的显卡才能跑动游戏,DIYer高手更是会研究做工与用料,以确保配件的稳定、静音效果、使用寿命等等。但对于电源,大多用户都是根据品牌口碑而不是测试数据来判断,其实坊间流传的口碑充满了个人偏好与厂商的忽悠,唯有测试数据才是最真实可靠的,遵循性能参数才能选好电脑的能源核心。


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显卡有3DMark,电源有什么?

    电源其实也是可以测试的,并且与3DMark的最后总分一样,测试结果能够给用户最权威最明确的购买指南,从而让大家给攒机配置挑选到最具性价比的动力之源。我们的PowerMark平台就是为了让电源测试数据大白于天下而生。

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电源测试平台PowerMark 1.0

    电源的额定功率仅代表“速度”,只是代表电源品质的七大参数之一,并且是不大重要的一个。今天我们为大家详细讲解一下代表电源品质的七大参数,并且结合我们的PowerMark 1.0版测试仪来测试这七种参数,相信看过之后大家对电源会有全新的认知,攒机水平也会更上层楼。

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决定电源性能的七大参数

    CPU主板显卡等配件直接使用220V的高压电会被秒杀的,电源的功能是把220V的高压市电转化为配件所需的+3.3V、+5V、+12V等低压直流电,这个转化过程就决定了电源品质。


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电能从三角头进入从电源线材输出

    既然有能量转化,那么转化过程就不可避免地涉及到电能转换的速度(额定功率)、电能转换中的损耗(转换效率)、转换后输出的电流品质(电压稳定输出纹波)、转换中发出的噪音大小(静音效果)、转换后输出的接口(电源线材)、电源内部用料(电源寿命与性价比)。这样来说电源性能是不是比较容易理解了?

    上述六个参数就能够完全定义一款电源的品质,下面我们简单说一下这六个参数会对大家实际使用造成什么影响:

● 额定功率

    电能转换的速度其实就是电源的额定功率,它的意思是电源在单位时间内能转换出的最大能量,单位是焦耳/秒。功率代表了“速度”的概念,功率确实是越大越好,但越大功率的电源就越贵,我们没必要为200瓦的电脑配置买400瓦的电源。精确判断需要多大功率的电源是DIY能力的体现,后面我们会详细说明。

● 转换效率

    转换效率代表了省电能力。电能进入电源到从线材输出的转化过程伴随着大量的损耗,100瓦进去后出来的可能是60瓦,也可能是80瓦。如果100瓦能量转换成60瓦就意味着转换效率是60%,如果是80瓦就是80%,设计方案越先进,用料越好的电源损耗越低,转换效率就越高。为什么需要高效率?因为损失的那部分功率也算进你的电费里。

● 电压稳定

    220V市电进入,理想状态下电源线材输出的是+12V、+5V、+3.3V的低压电,但世界上还不存在精确到死人心电图一样的输出电压,电源输出的是类似+12.1、+4.9、+3.4这样上下波动的电压,相应的,CPU、显卡、北桥等元件的工作电压也会上下波动,输出电压频繁大幅波动会对硬件造成伤害,影响系统稳定。

● 输出纹波

    纹波与电压一样代表电源品质,完美的低压直流应该是非常平滑的波形,但实际上经过电容滤波的直流波形仍旧有小幅波动,这个波动就是纹波。电流纹波对于普通消费者来说是比较难理解的概念,大家只需要知道两款电源比转换效率与输出电压都不相上下时,纹波可以作为最后的仲裁者。

● 静音与散热

    静音与散热效果其实都取决于风扇转速。风扇转速越低越静音,但散热性能越差;风扇转速越高噪音越高,散热性能越好。厂商在设定风扇转速时会考虑到电源寿命的问题,因为高温会使电源寿命锐减,承诺的3年保修期很可能达不到,所以一般电源风扇转速都比较大,噪音较高,值得用户关注。

● 线材规格

    1000瓦电源如果只有1个显卡供电插头,也无法使用GTX 260这样的中端显卡吧?虽然实际情况没这么夸张,但不少电源都忽视接口规格与线材长度,导致空有强大性能却无法使用,或者出现与机箱不兼容的情况。

● 内部用料

    内部用料决定了电源的使用寿命,很多优秀电源之所以能够使用长达5年之久,是因为内部使用了比较宽裕的用料,优秀的用料能够提升电源的综合品质。

    下面我们分别来测试上述六种参数,让大家更深入地了解如何判断电源品质。

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测试硬件及测试电源简介

● 测试平台PowerMark 1.0

    电源测试平台以下硬件:测试额定功率与转换效率的电子负载仪、测试纹波的数字示波器、测试温度的台式万用表、测试风扇转速的转速仪。


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众多电源测试设备

● 测试电源简介

    本次测试使用的超频三绿松石高效版,额定功率为450瓦。我们使用绿松石是因为这款电源隶属中端,肯定会有优点及缺陷,便于分析七大参数的特点。

    超频三是一个6年历史的散热器品牌,也是一个成立仅3个月的电源厂商,它之前一直仅仅专注于散热器领域,在电源方面没有任何基础,这款绿松石高效版是试水之作,却有鲜明的创意:内部使用了超频三成熟的热管工艺。

选对PC心脏 七大参数让电源明明白白
超频三绿松石600高效版

选对PC心脏 七大参数让电源明明白白
市电接口部分蜂巢状通风

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铭牌标识值得称赞

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内部做工一览

    超频三这款绿松石450瓦的额定功率为450瓦,我们会从10%功率也就是45瓦开始,以10%为幅度为一个阶梯,10%到110%十种负载下的转换效率及电压。

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精确电源功率 够用万岁多一瓦浪费

● +12V功率比额定功率更重要

    电源功率是描述电源输出能力的概念,300瓦额定功率就意味着电源每秒能输出300焦耳能量供给主板显卡硬盘等配件。更好的显卡、更多核心的CPU、更多的硬盘都会对功率提出更高要求,如果功率无法满足需求,电脑就会罢工。

    前面我们说过电源是把220V高压交流转换成+12V、+5V、+3.3V、-12V、+5VSB这样的低压直流电,这几路的功率大小是由电源设计及用料来决定的,它们的输出能力总和就是额定功率,如果我们要更深入地挖掘电源功率,就要弄清楚这几路输出代表的意义。


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不同硬件需要的电源输出

    一般CPU与显卡会占整个平台功耗的80%,所以我们判断一款电源是否适用于一套电脑配置时,只需要判定CPU与显卡的功耗就足够了,而CPU与显卡占用的是电源的12V输出,也就是说,电源的12V输出是重中之重,其意义已经超过了额定功率。

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+12V功率一般在电源贴纸上标明

    上图是绿松石的铭牌标称,每一路输出下面都有对应的电流值,在电流值下面是联合输出功耗。上图中+3.3V与+5V的联合输出功耗是120W,表示这两路输出同时工作时最大能达到120W,而+12V1与+12V2同时最大能达到335W,这个+12V联合输出其实代表电源的真正实力。

    当我们从网络上查得CPU与显卡功耗后,只需要与电源铭牌上写的+12V输出能力比较即可,如果电源的+12V可以满足你这套配置的CPU与显卡功耗需求,它就可以适用于这套配置。

    关于超频三绿松石的铭牌标称,笔者个人的看法是:它是国内少数标明+12V联合输出功率的产品,这种做法会让用户格外放心,但既然选择了专业就要贯彻到底,既然站在实标最前线,又何必把暧昧的600W峰值功率挂在上面?

● 常见配件功耗汇总

    常见配件真实功耗汇总,这些数据是无需置疑的,如果网络上有不一样的结果请参考前一句话。

让电源预算狂降 主流配件真实功耗揭秘

让电源预算狂降 主流配件真实功耗揭秘

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    以上就是所有主流CPU与显卡的电流值,乘以12就是对应的配件功耗,例如Radeon HD 4850满载功耗是155.4W、E8600满载功耗是45.6W,两者搭配的中端游戏平台需要电源的+12V功率达到200W,大家根据这个来选电源绝对没错。下面我们来讲解第二个参数:转换效率。

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全面解读转换效率 省钱效果剖析

● 2个参数影响节能

    功率因数与转换效率均能够影响节能,简单地说,功率因素决定电源对市电的利用率,转换效率决定有多少能源能够真正被硬件使用,前者可以减轻电网负担,后者真正为用户节能。

    转换效率为什么重要呢?假设A电源转换效率是75%,B电源转换效率是85%,两个电源额定功率均是450W,每天开机满载5小时,B电源一年的省电量:[(450÷75%)-(450÷85%)]×5×365÷1000=128.8度电。国家规定的电费是0.52元/度,B电源每年可以节省67元人民币!电源的3年保修期内就是201元,其实不仅仅是金钱,转换效率也会影响到静音和使用寿命。

● 功率因素与转换效率判定标准

    我们遵循80Plus认证标准来判定电源转换效率与功率因素的优劣。对国内电源市场不甚了解的用户请看此文:一块钱买几瓦才划算? 国内电源市场剖析;对80Plus有兴趣的用户请看此文:80Plus电源市场格局分析


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80Plus认证标准

    我们把80Plus白牌标准视为转换效率的及格线,也就说电源在20%、50%、100%三种负载下的转换效率均达到80%才值得选购。按照这样的标准来判断,国内80%以上的电源都是不及格的,但国家要建设节约型社会,国人也应该珍惜自然资源,既然以航嘉与长城为代表的电源巨头已经开始领军高效绿色电源的发展,80%效率实在不算苛刻。

● 测试结果及分析

    超频三绿松石的转换效率接近80Plus白牌的水准,在20%负载下的转换效率是78.19%,450瓦的20%是90瓦,这个功率可以视为电源在空载下的功耗;50%负载下的转换效率是83.32%,超出了80Plus白牌规定的80%;100%负载下是79.19%。

    一台电脑有空载、上网、玩游戏等不同状态,这几种状态下电源负载是额定功率的20%-80%,在这个功率段之内,超频三绿松石的转换效率基本上都超过了80%,作为一个刚涉足电源业务的厂商,超频三的起点非常高,并且走出了很好的一步。

选对PC心脏 七大参数让电源明明白白

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折线图由测试数据整理制作

    一般主动PFC的电源功率因素都有90%以上,绿松石使用的主动PFC+双管正激方案,功率因数相当优秀。高功率因数可以大大减轻电网负担,为电厂省电就是拯救我们的自然资源,所以主动PFC同样是市售电源的及格线。下面我们来讲解第三个参数:电压稳定。

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电压稳定性分析 被忽略的品质

● 电压稳定因何重要?

    前面我们谈到的额定功率代表电源的供电能力,转换效率代表电源的节能效果,其实它们并不是最重要的。电源是给所有硬件供电的设备,是整个电脑的能源核心,它一旦出现问题就意味着其他硬件要受到牵连,所以稳定才是电源最宝贵的品质,而代表稳定的恰恰是电压波动。

● 电压稳定如何判定优劣?

    我们遵循Intel在ATX12V 2.31标准中对电压的规定来判定一款电源的电压表现,它规定PC电源的+12V、+5V、+3.3V偏离不得超过5%,如果电源电压偏离不超过5%就算及格,如果电压偏离非常小则可以视为优秀。


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ATX12V 2.31电压规范

● 电压稳定性测试结果

    我们测试绿松石从10%到100%十种负载下的电压稳定,然后把Intel规定的±5%设定为折线图的上下限,中间为标准的12V,绘制出电压偏离折线图。从下图中可以看出,绿松石的+12V电压在30%负载也就是450×30%=125瓦下偏离最大,达到了2.2%,电压从-0.2%到2.2%之间的波动幅度为2.4%。

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    因为本次测试没有参照物,笔者只能根据以往的测试经验来评价绿松石。这款450瓦电源的+12V电压稳定处于中等偏上水准,+5V与+3.3V的电压则非常优秀。

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    一般品牌电源的电压是不会超标的,但某些情况会比较考验电源的稳定性,例如用户使用了高功耗的CPU显卡,把+12V输出负载提升至极限,这时+12V电压波动就会比较大。交叉负载测试就是为了检验电源在不同类型的负载配比下的电压稳定性,上图中X轴是+12V输出负载,纵轴是+5V与+3.3V的联合输出负载。我们按照Intel ATX12V 2.31标准对450瓦电源的规定测试了8个点,上图标红的三个点电压偏离稍大,其他测量点的电压偏离均在3%以下,总体而言并没有超标。

    下面我们来讲解第四个参数:输出纹波。

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输出纹波 电源品质的最后裁判

电源输出纹波简介

    理想状态时,电源输出的直流电压应为一固定值, 但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的,或多或少会有剩余的交流成分,这种包含周期性与随机性成分的杂波信号我们称之为纹波。较大的纹波会影响CPU与GPU正常工作,这个数值越小越好。

● 判定纹波的标准

    Intel在ATX12V 2.31规范中规定+12V输出纹波不得超过120毫伏,+3.3V与+5V纹波不得超过50毫伏,这个量对于大多品牌电源是非常宽裕的,笔者测试过的绝大多数电源都不会超过这个数值,但几乎所有山寨电源在满载时纹波都会超标,内部用料设计可想而知。


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Intel ATX12V 2.31对电源纹波的规定

● 输出纹波测试结果

    下面图表不难看懂,请大家单击一张图放大,会发现图的最下面一行有两个数值,纵向分度值20.0mV,和横向分度值10.0us。20.0mV代表Y轴网格每一格等于20mV,第一张图的波峰与波谷相隔大致一个网格,就意味着10.0us的高频纹波峰-峰值大约是20mV*1=20mV。此外还要注意代表低频的10.0ms,即右图,右图中除去毛刺后的高频纹波峰-峰值大约是1个网格即20.0mV。高频与低频相加即为该路输出的纹波值,这个纹波值要遵循上述Intel ATX12V 2.31的规定。

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+12V1纹波

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+12V2输出纹波

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+5V输出纹波

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+3.3V输出纹波

    绿松石的+12V纹波控制在60mv左右,+5V纹波值在45mv之内,+3.3V纹波非常优秀,仅仅20mv。

    转换效率与电压稳定相差无几的电源,纹波却可能有天下地下之别,纹波是非常难遏制的东西,因为纹波与各路输出的电流有莫大的关系,电流越大,产生的杂讯就越大,所以这一点在电源设计中一直是较大的难题。纹波一般不会超标,它仍旧是比较与判定电源品质时非常重要的一环。下面我们来分析第五个参数:散热与静音。

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散热不容静音 鱼与熊掌两全代价高

● 散热与静音两全代价高

    静音与散热效果其实都取决于风扇转速。风扇转速越低越静音,但散热性能越差;风扇转速越高噪音越高,散热性能越好。厂商在设定风扇转速时首先考虑的是电源寿命的问题,因为高温会使电源寿命锐减,承诺的3年保修期很可能达不到,所以一般电源风扇转速都比较大,噪音普遍较高。

    静音电源是如何设计的呢?首先转换效率必须足够高,假设一个500瓦电源的转换效率是80%,那就意味着有100瓦电能会转化成热量!而如果转换效率是90%的话,就只有50瓦能量转化成热量,散热工作量会降低一半!风扇转速自然可以放置较低水准,静音随之而来。

    静音电源内部还要使用高耐温值元器件,只有使用较高耐温值的元器件,电源才敢于无视稍高的温度,大胆把风扇转速放低,但这种做法会带来一定的成本。

    纠正一个存在很久的误区:8cm或12cm或14cm风扇无静音无关,当电源在散热方面永远嗷嗷待哺的时候,风扇尺寸与静音无关!

● 静音与散热性能测试

    超频三绿松石电源的初始转速是1400RPM,这个转速对于一般用户而言还算是安静;但当负载达到50%,风扇转速提升至1502RPM时,风扇噪音已经渐渐显露;当满载1678RPM时,噪音变得非常大。


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    静音用户可能会对绿松石刚到失望,不过稍高的风扇转速换取的是强大散热性能,绿松石从轻载到中载都没有超过40℃,直至满载也才45.7℃。

    其实这种问题就牵涉到上面我们提到的取舍问题,绿松石有实力做到静音,但它选择了稳定与长寿命,厂商都是偏重散热性能而漠视静音的,特别是在今年竞争空前激烈的大环境下,追逐性价比而放弃静音确实是理性的选择。

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电源线材的三点重要属性

    关于电源线材,笔者建议看电源铭牌标称的性能是否与接口数量相匹配,另外还要看接口规格是否兼容主流乃至未来的硬件标准。

    一些350瓦乃至400瓦的双路+12V电源只有一个6Pin显卡供电接口,难道用户买这种电源是拿来用Core i7 920与GeForce 9600GT的?我相信绝大多数用户都是拿来用Core 2 Duo E8400与GTX 260+的。这种空有额定功率,却没有对应接口的电源是最傻的。


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铭牌与线材必须对应

    另一种情况是接口规格不符合主流硬件需求,最明显的例子是,在SATA一统天下的大环境下,有很多电源竟然设定了比SATA接口更多的4Pin D型口,还能再弱一点么?

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AWG规格对应的线材宽度

    另外线材本身的品质也需要注意,细心的朋友可能会在电源线上看到一些数字例如20AWG或20AWG,这个数值越小越好。FDD接口使用22AWG是可以接受的,HDD接口使用20AWG也无可厚非,PCI-E使用18AWG线材刚刚合适,但如果小一码就值得鄙视了。

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内部用料解析及文章结论

● 电源内部用料分析

    电源内部用料首先要看设计方案,例如常见的被动PFC与主动PFC、半桥电路与正激拓扑、磁放大或DC-DC……这些设计代表了落后与先进,决定了电源品质优劣,但或许没有多少读者感兴趣。今天笔者在这里简单说一下影响电源寿命的用料——电容。

    电源中任何一个元件坏掉都会导致电源无法使用,而最容易坏掉的就是开关管与滤波电容。电源产品很少使用固态电容,因为固态电容耐压值较低,电容容量普遍较小,并且低ESR并没有明显的优势,所以除了少数电源的二次侧可以见到一两颗固态电容之外,绝大多数电源都是清一色的电解电容,这样就对电源寿命造成了影响。

    铝电解电容的寿命=额定寿命×2^[(电容耐温值-工作温度)/10]

    假设一颗耐温值为85度的铝电解电容,在45度环境温度下工作,那么电容寿命为16000小时,还不到两年时间。由此可见,电容耐温值对电源寿命影响非常大,所以高耐温值的电容是必须的,目前市售电源中一般使用的是85℃耐温值的电容,其中日系为上,台系次之,而105℃耐温值的电容则称得上是优秀。

● 测试结论

    限于无法拍摄电源清晰图片的原因,本文无法对电源用料作详细剖析,不过本次电源测试已经全部完成,基于电子负载仪进行的转换效率、电压稳定、纹波、静音/温度四项测试结果清晰明了,相信这四大部分就可以构建决定电源性能的关键因素。

    本文定位简单明了,为的是让所有DIYer象了解CPU显卡一样了解电源,所以我们提出一款优秀电源应该具备的七大特性,希望大家提出建议或改进。

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