一提到DIY,很多玩家就会与攒机联系在一起。事实上DIY只是“Do it yourself”的缩写,意即“自己动手做”。很显然只要是自己动手来做都可以算做DIY的范畴。攒机只是DIY的一种表现方式,上超CPU/内存频率、修复硬盘坏道、改进主板/显卡散热系统、改造机箱外观/结构等都算DIY。
事实上桌面PC领域还有一块很少被开发利用的DIY富矿,也是绝大多数玩家心底里早已划归为禁区的一个地方,这就是PC电源。尽管PC电源所涉及的技术含量(能用)不算高,但大多数人只是知道电源能用就好,否则一旦出了问题就会影响到正常使用。因此玩DIY电源的人是少之又少,加上只有极少数玩家了解ATX电源,更为DIY电源带来了不小的难度。
● DIY电源能成为可能吗?
电源工作原理图
其实PC电源并没有人们想象中那么复杂,只要有基本的电路常识,学过初、高中物理,就基本上能够理解PC电源的工作原理了。而DIY电源实现起来难度到底有多大呢?如果是单靠自己的话肯定相对有些麻烦,而且自己还要准备一些必要的改造工具和简单学习一些操作常识,另外还需要了解一些必要的电路常识和配件种类/采购技巧。当然对于初学者来说,还不必达到“会修理”的地步,因为能够检测电源哪里真的出问题的专业设备差不多得要2/3万才行,绝非普通玩家可以承受得起。一般来说,DIY电源也就是在过了质保但可正常使用的老电源上一试身手比较靠谱。
事实上新电源玩转DIY也不是不可能的事情,因为有实力的厂商还是能够提供一定的定制化需求。毕竟伴随DIY市场越来越回归本质,如何为用户提供更好的品质保障及应用体验,就成为厂商确立行业领导地位的有效手段,同时也可以帮助品牌健康成长。可以说有了厂商的介入,不仅可以确保品质更加可靠,随心所欲更换元件,而且还可以在外观和接口等方面满足用户更多的个性化需求。可以说,有了电学强人和寻找开拓电源新市场的厂商的参与,DIY电源将不再遥不可及。
● DIY电源的好处是什么?
然而很多玩家心中还有一个困惑,这就是DIY电源究竟可以带来哪些好处?因为如果没有实质性的改变,仅仅只是为了外观更好看的话,确实也没必要对电源进行改造。简单来说DIY电源有以下几个好处:
一是更加稳定,相对来说较容易实现,只需要更换上品质更好的对应元件即可。二是更加静音,优化电源散热后就可以降低风扇转速,从而达到更静音的效果。三是可“超频”,这里的超频与CPU不同,电源的超频改完就不可逆转,因为是通过更换品质更好的元件而加大承载能力,从而提供更大的功率输出。不过无法逆就对了,否则反而会对电源安全造成威胁。
四是节能效果更出色,因为更换完相应配件之后,电源的转换效率或功率因素就会出现一定的提升。五是功能更加丰富,更换不同IC芯片将为电源提供不同安全级别的保护。而增加蓄电池及控制模块,将可以引入实用的断电保护。最后还可以延长电源使用寿命,这点也非常实用,如将含油风扇更换为双滚珠之后即可增强电源运行稳定性,也可以延长电源使用寿命。
接下来笔者就和大家共同分享一下电源的工作原理、内部结构以及对应功用等知识,希望能对DIY电源感兴趣的玩家有所帮助。尤其是一些手上有过了质保期的老电源的玩家,不妨关注一下本期话题,没准电源老化问题即可迎刃而解,甚至为爱机提供更强的动力和更好的功能支持。
工作原理图解
220V交流电经过第一、二级EMI滤波后变成较纯净的50Hz交流电,经全桥整流和滤波后输出300V的直流电压。300V直流电压同时加到主开关管、主开关变压器、待机电源开关管、待机电源开关变压器。由于此时主开关管没有开关信号,处于截止状态,因此主电源开关变压器上没有电压输出,图中的-12V至+3.3V,+5组电压均没有电压输出。
300V直流电加到待机电源开关管和待机电源开关变压器后,由于待机电源开关管被设计成自激式振荡方式,待机电源开关管立即开始工作。在待机电源开关变压器的次级上输出二组交流电压,经整流滤波后,输出+5VSB和+22V电压。+22V电压是专为电源内部主控IC供电的。+5VSB电压为待机电压,输出到主板上。
当用户按动机箱的Power启动按键后,主板向电源发出开机信号,此时(绿)色线处于低电平,IC内部的振荡电路立即启动。产生脉冲信号,经推动管放大后,脉冲信号经推动变压器加到主开关管的基极,使主开关管工作在高频开关状态。主开关变压器输出各组电压,经整流、滤波和稳压后,得到各组所需的纯净的直流电压,输出到电脑主机。
但此时主板上的CPU仍未启动,必须等+5V的电压从零上升到95%后,IC检测到+5V上升到4.75V时,IC发出P.G信号,使CPU启动,电脑正常工作。当用户关机时,绿色线处于高电平,IC内部立即停止振荡,主开关管因没有脉冲信号而停止工作。-12至+3.3的各组电压降至为零。电源处于待机(等待启发)状态。
● 保护电路原理简述:
在正常使用过程中,当IC检测到负载处于:短路、过流、过压、欠压、过载等状态时,IC内部发出信号,使内部的振荡停止,主开关管因没有脉冲而停止工作。从而达到保护电源的目的。
由上述原理可知,即使我们关了电脑后,如果不切断开关电源的交流输入,待机电源是一直工作的。电源仍会有5到10瓦左右的功耗,当然目前有很多电源宣称待机功耗不足1W,看来这项功能也是不容忽视的。
了解了电源改造的前提以及带来的各种好处,加上对ATX电源的工作原理及保护功能了然于胸之后。如何改动ATX电源以实现性能、功能方面的提升,就成为接下来要讨论的话题。事实上从某种程度上来说,改造ATX电源不但不是没有可能,而且还相对比较靠谱,因为IC芯片发挥了至关重要的作用。况且失败是成功之母,拿一些老旧电源练手,将为日后获取优质电源提供了更多的途径。同时厂商的介入也将使电源更具个性化色彩,并且更能贴合当今时代玩家的需求。
改造重点一:1/2级EMI滤波电路
一级EMI滤波电路
由于不同电源在EMI滤波电路上的设计有很大不同,有的甚至都不带。因此往往给一些玩家造成了1/2级EMI滤波电路可有可无,并不重要的错误印象。事实上1/2级EMI滤波电路的作用极为重要,来不得半点马虎。因为其作用就相当于是电脑的防火墙,保护电脑免受伤害。其中就包含了来自城市电网的各种杂波干扰、尖峰脉冲以及电磁辐射等,这也是3C认证当中为何强制规定ATX电源必须带有完整EMI电路的重要原因之一。
EMI电路越扎实,电源的安全性能就会更高。因此对于没有或提供缩水EMI电路和的电路,的确有必要在做工用料上多加强一下,而这也正是电源改造的一不容忽视的重要部分。每级EMI电路均由丰富的X、Y电容组成,帮助滤除共模和差模干扰。
改造重点二:高压滤波电容
当220V交流电变成300V高压直流电时,将由滤波电路完成滤波及回补工作。一般来说,由于电容属于非线性电子元件,加上内部高频工作元件的存在,因此常常处于充放电过程。这就会带来较高的发热量,而其存储的电荷多少也决定着闪断回补间的时长。显然高压滤波电容品质越好,耐温值及容易必定应更为出众。很多日系原厂高品质滤波电容,可提供105°耐温值,耐压能力可达450V,ESR内置更低,寿命长久。
尤其是80Plus电源,在高压滤波电容的耐温值及耐压能力上面都有非常高的要求,往往处于100°和400V之上,而这也是看重电源品质的玩家的改造方向。
改造重点三:PWM电路和IC保护芯片电路
IC芯片
很多电源选择将电路控制系统和保护系统通过独立PCB设计,单独分离出来。然后再采用两个LM339四路电压比较多,用于实现各路电压过流保护、过功率保护等功能。从而有效防止短路、过载、欠压以及过载等不良现象对电源本身和电脑带来的损坏。可以说PWM电路品质越好,也意味着该款电源的最大功率还会有所提升(需要搭配对应的高频开关管及高效的低压同步整流才可以发挥出更好的效能)。对于需要尝试电源超频的玩家来说,不妨参考此方法。
IC芯片不同,内置的保护功能也有所不同,市面上在售的分有不同类型,越高档将会提供更高的安全性,这也成为电源改造的一个主方向。
改造重点四:电源散热设计
由于电源内部集成了众多的非线性元件,因此难免会转成电磁辐射和废热散发出去。虽说辐射对人体有害,但好在副作用不明显,因此还不必太过担心。而散热就是两码事了,因为电子产品最怕的就是高温,而电源自身产生的废热如果无法有效散出的话,就有可能对自身安全和平台稳定构成严重威胁。因此散热性能好坏也是不容忽视的。而且散热性能足够强的时候,甚至可以实现零噪音。目前市面上在售的量产电源就已经有这样的产品,在低负载时风扇牌停转状态。
当然玩家也可能通过改造为智能散热系统、14cm大风扇、Y形散热片等提升散热,从而达到一劳永逸的效果。
改造重点五:PFC模块
被动式PFC电路(左) 主动式PFC电路(右)
一般来说,普通电源安装被动PFC模块也就够用了,成本低廉、稳定可靠,然而其缺点也是非常明显的。因为在更换成主动PFC供电电路之后,将会显著提升功率校正因素,也就是为电网节省了用电。再换句话就是帮助发电机利用上了更多的电能,因此称其具备节能特性也不为过。
当然好处远不止这些,因为主动PFC在耐高压方面更为出色,因此具备更好的宽幅特性,适合电压不稳地区使用。另外主动PFC能够有效滤波尖峰脉冲,确保电流输出更加纯净,这点可以说是克服了被动PFC的固有缺陷。
改造重点六:低压滤波输出电路
作为电源最后一道关卡,低压滤波输出电路的整体设计较为简单,易于改造。这恰恰为玩家留下了很大的改造究竟,因为低压滤波品质好坏将直接决定最终输出的电流口质,其重要程度不言喻。可以说是再奢华都不为过,因为这样将可以明显提升电脑运行的稳定性和配件的使用寿命,甚至是配件的超频性能。
总结:
从可行性分析到工作原理解析,再到内部结构及功能模板讲解,相信大家已经了解到电源的改造其实并不一定复杂。单独针对某一模块/电路进行改造也是可行的。有的电源改造爱好者甚至可以用30元的成本换回50W输出功率,显然提升了其适用范围,让自己享受到了更高的性价比。
事实上电源的高频开关管、肖特基二极管(一般)/MOSFet三级管以及低通滤波电路的发热量会非常惊人,因此在这部分加强元件的耐热性或提升散热性能是很有帮助的。如果你了解一款好的电源应当具备哪些必要设计的时候,你就会发现山寨电源实在太垃圾了。在使用山寨电源时,自己的电脑无异于高空走钢丝,命悬一线。
对于注重电源品质的玩家来说,不妨加入到DIY电源行列当中来。这就像有了一部具备宝马外形的车,还得有与之相匹配的动力来驱动一样。对电源认知的提升,将有助于进一步提升电脑应用水平。无论是延缓配件老化、升级扩展、超频体验还是人为损坏维修等,都有很好的帮助及指导意义。