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    ATX 3.0设计规范的诞生背景

    ATX 3.0是英特尔于2022年公布的最新一版的电源设计规范,在官方文件内我们可以得知,英特尔认为目前主流PCIe板卡设备功耗偏移过高(俗称瞬时功耗过高)的情况,当电源无法满足硬件较高的瞬时功耗时,可能会触发电源过流保护(OCP)或电压下降的情况,存在损坏平台硬件的风险,因此英特尔认为旧设计规范电源已无法满足主流硬件的使用需求,而ATX 3.0电源设计规范也就应运而生。

    ATX 3.0规范的作用一方面是要求厂商对电源产品进行更新迭代,规定电源应具有在短时间内最高200%额定功率输出的能力。另一方面ATX 3.0也对PCIe板卡进行了功耗约束,具体规定为在小于100μs的情况下,允许PCIe设备消耗3倍于TDP的功耗,1秒以上则只允许在1倍功耗的供电情况下运行。

    随着RTX 40系显卡的发售,ATX 3.0电源也逐渐成为市面上的主流产品。但目前许多消费者对ATX 3.0电源的功率输出能力的存疑,甚至部分消费者误认为ATX 3.0电源能超载使用。因此这篇文章我们将详细讲解ATX 3.0设计规范中对电源瞬时功率输出能力的规定,以及它与额定功耗的关系。

    电源额定功率、瞬时功率的概念

    首先我们需要清楚,PC电源的工作本质是将交流电(AC)转换成直流电(DC),但因为PC电源大多都是开关电源,而开关电源特性是输出的直流电是带周期变化的,这就导致了PC电源的输出功率从微观上来说并不是一个恒定的数值,所以我们一般看到PC电源的额定功率代表的是它在单位周期内输出功率的平均数值。其中PC电源的周期取决于开关周期,而PC电源在单位周期内输出的最高功率则为瞬时功率。

    ATX 3.0设计规范需要电源必须具备最高200%峰值功率的瞬时输出能力,因此在我们的电源评测中也会存在“动态超载测试”。但需要注意的是瞬时功率除了功率数值外,还有一个重要指标叫做持续时间,即电源在规定时间内具备一定程度的超载输出能力即可满足ATX 3.0设计规范。因此ATX 3.0电源虽然具备超载输出能力,但其也有具体的持续时间规定,且根据ATX 3.0设计规范,持续时间一般为毫秒(ms)和微秒(μs),若长时间运行在超载状态是不符合电源的正常使用场景的。

    ATX 3.0设计规范对电源产品瞬时功率要求

    那么搞清楚了瞬时功率和额定功率的概念,我们可以开始讲解在ATX 3.0设计规范中瞬时功率和额定功率之间的关系。在上一段我们有说到ATX 3.0设计规范中电源的瞬时功率是有维持时间规定的,而维持时间则是根据电源输出周期的百分比来计算的,且维持时间占总周期的比重有个专业名词名为“占空比”,不同瞬时功率的需求占空比也有不同。以额定功率1000W的电源为例,在ATX 3.0设计规范中其200%额定功率输出的保持时间最少应为100μs,占空比为5%(即占单位周期的5%),180%额定功率输出的保持时间最少应为1ms,占空比为8%,160%额定功率输出的保持时间最少应为10ms,占空比为12.5%,120%额定功率输出的保持时间最少应为100ms,占空比为25%,详细情况可参考以下表格。但官方表格内标定的数值仅为ATX 3.0的最低标准,而我们评测中对ATX 3.0电源进行的“动态超载测试”则是验证电源能否在保持时间内达到规定的输出功率需求。而且有意思的是性能强劲的电源其实是可以输出高于200%额定功率的,实际情况主要取决于电源的用料规格。


    不同规格的ATX 3.0电源其实在峰值功率上有不同的要求

    讲完占空比的概念,可能部分朋友已经清楚了瞬时功率和额定功率的关系了,上文我们说过电源的输出功率并非一个恒定的值,而是在额定功率值附近波动。而额定功率则是单位周期内电源输出功率的平均值。当我们对电源进行功率拉偏测试(即动态超载测试)时,占空比(超载输出维持时间)仅占单位周期的一部分,但我们计算电源在动态超载测试时的平均功耗则需要考虑电源在整个单位周期内的输出功率数值。因此尽管在动态超载测试中电源的瞬时输出功率或许会达到一个很夸张的数值,但最后算出其平均输出功率还是一个接近额定功率的数值,因此动态超载测试也属于ATX 3.0电源的正常使用场景,动态超载测试也具备合理性。讲到这里我们也能明白,其实能满足PCIe板卡设备超高瞬时功耗的供电需求仅是ATX 3.0电源的一个产品特性,并不意味着此类产品可以长时间超载运行。

    为了加深读者们的印象,我们这里以某个750W的ATX 3.0电源跑动态超载测试时对应的120%-200%的电流波形图为例,可以看到峰值电流越高,持续时间会更短,对应下来一个周期内的平均功率其实并没有超过电源本身的额定功率。


    120%动态超载测试时的电流波形图


    160%动态超载测试时的电流波形图


    180%动态超载测试时的电流波形图


    200%动态超载测试时的电流波形图

    题外话:非ATX 3.0电源能否改款升级至符合ATX 3.0设计规范?

    其实电源是否具备超载瞬时功率的输出能力主要取决于电源内部的开关管,理论上旧款电源更换具有较强过载能力的开关管后即可满足ATX 3.0设计规范。


    开关管规格表中除了规定有额定电流(红框内上两行),还有标注最大过载电流(红框内最后一行),不同的开光管具备不同程度的过流能力

    但是电源内部各元器件的电气特性需要相互协调才能保证电源长时间正常工作,因此旧款电源更换符合需求的开关管后虽具备超载瞬时功率的输出能力,但更换后的开关管可能会与其他电子元器件出现电气特性不兼容的情况。并且ATX 3.0设计规范除了超载瞬时功率的输出能力外,还对电源有其他的性能要求,因此对旧款电源进行改款后虽能让其符合ATX 3.0设计规范的要求,但改进过程还是需要厂商花费大量的时间对它进行一系列的质检认证及设计修改,这个过程的时间成本甚至比从零开始设计一款ATX 3.0电源的项目还要大。正因如此,目前大部分厂商在开发ATX 3.0电源产品时都更倾向于重新设计,而非针对旧款进行升级改造。

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    已有 1 条评论,共 8 人参与。
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    • yjhercules终极杀人王 04-13 12:13    |  加入黑名单

      工业电源早就有的东西,

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      1#

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