为什么停电如此有害？

Question

我在读真的需要浪涌保护吗？好吧，我想知道为什么停电如此有害。给出的解释是“电容器高于其额定电压”但是如果进入 PSU 的功率低于通常的电压，这将毫无意义。停电时 PSU 会发生什么损坏？

现代 PSU 中是否有任何保护措施可以防止此类损坏？除了使用 UPS 之外，还有什么方法可以在断电情况下保护计算机？

Answer 1

当交流电源低于标称值约 10%（标称值在大多数地方表示 110-120 或 220-240）时，掉电是一种欠压情况。因此，在美国，掉电可能被定义为交流电压低于 99V。英特尔 ATX 电源规范指定 90 和 135 之间以及 180 和 265 之间的电压应允许正确的电源操作（第 3.1 节），因此即使发生明显的掉电，电源仍将正常运行。

有些人还将非常短暂的断电（低于 30 毫秒，或大约 2 个交流周期）作为掉电，因为白炽灯泡在此期间会短暂但明显地变暗，类似于真正的欠压情况。

无论哪种情况，英特尔都将它们定义为欠压条件，并在英特尔 ATX12V 电源设计指南的第 3.1.3 节中讨论了在这种条件下 ATX 电源必须遵循的要求

电源应包含保护电路，以便施加低于第 3.1 节表 1 中规定的最小值的输入电压不会对电源造成损坏。

通常，电源的输入部分由一组有趣的电路组成，在一天结束时，这些电路向变压器提供大约 308 VAC 的电压，然后变压器为调节和调节电路供电。该电路实际上构成了调节电路的主要基础，如果您使用的电源功率低于全瓦数，则可能能够应对严重的欠压情况，而不会在输出侧失去调节。

当发生掉电时，电源将尝试尽可能长时间地提供额定电流（基于输入电压和电流），如果它不能保持调节，它将取消断言Power Good进入主板的信号。主板负责解除power on进入电源的信号，如果及时解除，则电源将降低其所有输出并关闭。

如果主板未能做到这一点，当电源超出规定范围太远时，电源应该降低其电源轨，但这并不能保证，并且使用低质量的电源，您可能会发现您的组件和主板也会出现欠压情况。

那时会发生什么取决于这些组件的坚固程度，但这通常不是一件好事，因为这些组件试图在较低的电压下运行。请记住，电源在断电时始终会在短时间内提供欠压（将输出降至 0 不是瞬时的），因此非常短的欠压时间段是可以的。只有当电源长时间处于欠压状态时才会出现问题，只有当电源和主板都没有意识到问题并继续尝试操作时才会出现这种情况。

请记住，英特尔规范只不过是一个行业指南，并且没有认证机构。即使是好的电源也不受任何协议的约束，要遵循其建议。我最喜欢的部分是 3.1.5。我见过许多电源，无论是昂贵的还是便宜的，都没有遵守这些建议！

具体效果因所讨论的组件而异，这实际上是一个单独的讨论。

Answer 2

馅饼。P = IE。功率 = 电流乘以电压。因此，如果在掉电时电压较低，则电源必须从市电汲取更多电流以保持相同的功率。因此，虽然在掉电期间电压应力确实较低，但电源的电流应力会增加以进行补偿。

这是简短的回答：在掉电时，电源需要吸收更多的电流来补偿较低的电源电压，这对晶体管、电线、二极管等来说压力很大。它们的效率也会降低，这使得它们吸收更多的电流，加重问题。

答案很长： 大多数 PC（如果不是全部）都使用开关电源。如果电源的所有元件（晶体管、变压器、电容器、二极管等）都是完全理想的，则电源可以采用任何输入电压并在所需电压下产生所需功率（只要有足够的电流在输入以保持 P=IE）。

但是这些元素都远非理想，因此所有现实世界的电源都设计为在一定范围内运行，例如 80 到 240V。即使在它们的设计范围内，效率（电源输出的功率与输入所需的功率相比）也会随着输入电压的降低而下降。Anandtech 有一个很好的示例图。X 轴是电源（负载）输出端的功率，Y 轴是效率。因此，该电源在 300W 左右时效率最高。

对于 120V 输入，它的效率约为 85%，因此它从墙上汲取了大约 300W/0.85 = 353W 的功率，从而使输出功率达到 300W。“缺失”的 53W 在电源电路中耗散（这就是您的 PC 有风扇的原因——就像您的电源在一个小盒子里有一个 50W 的灯泡，它需要散热）。由于 P=IE，我们可以计算出从 120V 产生 300W 输出所需的墙上插头的电流：I = P/E = 353W/120V = 2.9A。（我忽略功率因数以保持这个解释简单。）

对于230V输入，效率是87%，所以它只从墙上拉了344W，这很好。因为电压要高得多，所以电流消耗要低得多：344W/230V = 1.5A。

但在 90V 掉电条件下，效率甚至比 120V 时更差：83.5%。所以现在电源从墙上拉出 300W/0.835 = 359W。它的电流更大：359W/90V = 4A！

现在这可能不会给这个电源带来太大压力，因为它的额定功率为 650W。因此，让我们快速了解一下 650W 时会发生什么。对于 120V，它的效率为 82% -> 793W 和来自墙壁的 6.6A。但是在高负载时效率更差，因此对于 90V，我们看到 78.5% 的效率，这意味着 828W 和 9.2A！即使效率保持在 78.5%，如果掉电到 80V，它也需要拉 10.3A。这是很多电流；如果它们不是为那种电流而设计的，事情就会开始融化。

所以这就是掉电对电源不利的原因。它们需要吸收更多的电流来补偿较低的电源电压，这对晶体管、电线、二极管等来说是非常有压力的。它们的效率也会降低，这使得它们吸收更多的电流，从而加剧了问题。

附加示例：以下是对电源电压降低时电源效率降低的原因的快速解释。所有电子元件（晶体管、变压器，甚至印刷电路板上的走线）都有某种等效电阻。当功率晶体管“导通”时，它具有“导通电阻”，假设为 0.05 欧姆。因此，当 3A 电流流过该晶体管时，其引线上的电流为 3A * 0.05ohms = 0.15V。现在在该晶体管中耗散的 0.15V * 3A = 0.45W 功率。那是浪费电力 - 它是电源中的热量，而不是负载的电力。那是我们的 300W 场景，120V 场景。

在 90V 掉电 300W 情况下，晶体管具有相同的 0.05ohm 导通电阻，但现在有 4A 电流通过它，因此它的引线上下降了 4A * 0.05ohms = 0.2V。现在在该晶体管中消耗的 0.2V * 4A = 0.8W 功率。因此，当电源电压下降时，电源中具有导通电阻/压降的每个设备（并且有很多）都会产生更多热量（浪费的电力）。因此，总的来说，在合理范围内，更高的电压会给您带来更高的效率。