Friday, May 14, 2021

電源中的+12V/+5V/+3.3V都給哪些硬件供電?

現在隨便翻出一個正規的PC電源,我們都可以在銘牌上看到其+12V、+3.3V、+5V、-12V以及+5VSB的輸出規格,這5個電壓同時也是PC主機內部各個硬件所需要使用的供電電壓。不過並不是每一個硬件都會用到這些電壓,實際上它們的需要是各有不同的,因此我們就先來扒一扒關於PC內部主要硬件 即CPU、主板、內存、顯卡、硬盤的供電電壓需求。

主板與內存的供電電壓需求:

首先我們從主板開始,主板在PC中的地位就像是地面上的橋樑,CPU、顯卡、內存等硬件的供電與數據交換都需用經過主板完成的。連接在主板上的接口主要有兩個,一個是CPU專用的供電接口,關於這個接口我們後面再說;另外一個則是24pin的主供電接口,這個也是PC中體積最大的供電接口,主要為搭載在主板上的各種硬件進行供電。


24pin主供電接口,5路電壓都有涉及

主板上的24pin供電接口就用到了PC電源上全部5種供電電壓,即+12V、+3.3V、+5V、-12V以及+5VSB,另外還有一個-5V,不過這個電壓對應的硬件和接口實際上早已淘汰,因此現在的PC電源已經不再提供-5V供電,在24pin接口中的這一路僅是名義上的存在。

搭載在主板上各種板載芯片主要用到的供電是+5V和+3.3V,而+12V則主要供給PCI-E、PCI插槽以及風扇接口使用,其中PCI-E插槽除了+12V外還會用到+3.3V的供電,PCI插槽則需要用到+12V、-12V以及+5V。內存插槽所用到的供電是+3.3V,不過其額外配置有電壓轉換電路,會把+3.3V轉換為內存的工作電壓如1.5V、1.2V等,再供給內存使用。

USB接口則主要用到+5V供電,因此對於需要連接很多USB設備的玩家來說,+5V供電的輸出功率不能太小。而-12V供電實際上需要用到的機會很小,即使用到也不需要高功率,因為它只是給串口或者PCI接口設備做電平判斷使用,因此PC電源的-12V輸出功率大都不超過10W,甚至更低。

在主板供電需求當中,+5VSB是一個比較特殊的存在。+5VSB也叫做+5V待機,因為這一路在開機狀態下實際上是不需要使用的,反而是關機狀態下才需要使用。+5VSB在電源接上電源線並打上開關後就馬上開始輸出,主要是給主板上的主要芯片提供待機電流,便於快速喚醒和開機使用。另外有部分主板在關機狀態下仍然支持通過USB接口給手機充電,這裡也需要用到+5VSB。因此現在不少電源都比較注重+5VSB的輸出電流,一般都不會低於2A。

CPU的供電電壓需求:


電源的CPU供電接口,有4pin和8pin兩種,提供+12V供電

安裝在主板上的CPU可以說是一個很特殊的存在,由於其功耗較高,因此為了保證CPU的正常運作,它的供電是獨立出來,並不是從24pin接口取電,而是通過專用的4pin或8pin接口進行供電,所需要的是+12V供電,然後再通過主板上的開關電源電路轉變為CPU的工作電壓。而關於這個開關電源的工作方式,可以參考以前我們寫過的課堂文章《超能課堂(75):我們的主板和顯卡是如何給CPU和GPU供電的?

需要注意的是,CPU的供電接口有4pin和8pin兩種,後者擁有更強的供電能力,不過一般來說在8pin接口上使用4pin接口也是可以開機,也能滿足正常使用需求的。不過如果你需要超頻,或者你使用的是高端CPU,而且主板有提供8pin CPU供電接口,我們建議還是買一個帶對應接口的電源換上以保證整機穩定性吧!

顯卡的供電電壓需求:


顯卡外接供電,有6pin和8pin兩種,提供+12V供電

現在顯卡的主流接口是PCI-E接口,因此其所需要的供電電壓有兩種,一個+3.3V,另外一個就是+12V。其中+3.3V主要是I/O芯片以及外圍電路的供電,功耗並不高,直接從PCI-E插槽獲取即可;而+12V則需要供給GPU以及顯存使用,可以說是顯卡的主要供電來源,除了從PCI-E插槽上獲取外,中高端產品還需要從外接的6pin或8pin供電接口獲取。

顯卡的外接供電接口主要提供+12V供電,與CPU供電接口類似,8pin接口的供電能力比6pin接口更強,而且絕大部分的顯卡都需要把對應的外接供電接口全部接上後才能正常工作。實際上現在的在PC的硬件功耗組成中,顯卡已經佔據了很大的一部分,可以說它和CPU共同佔據了整機接近80%的功耗。

機械硬盤與固態硬盤的供電需求:

如今硬盤已經分為了機械硬盤HDD和固態硬盤兩大陣營,雖然它們用到的供電接口都是SATA供電接口,但是它們所需要用到的電壓並不完全相同。3.5英寸機械硬盤所需要用到的電壓是+12V、+5V和+3.3V,其中+12V是供給電機使用,+5V和+3.3V則是主控電路使用,而2.5英寸硬盤則只需要+5V和+3.3V,因為後者的電機功耗比較低,+5V供電就可以滿足了。

不過現在的機械硬盤的主控電路並不一定需要+3.3V的供電,因為它們大都自帶有+5V轉+3.3V的電壓轉換電路,因此即便只有+12V和+5V供電也可以正常工作,必須用到+3.3V的機會其實已經大大減少。


SATA供電接口,包含有+3.3V、+5V和+12V供電

固態硬盤則有SATA接口和PCI-E接口兩種,前者主要使用+5V和+3.3V供電,但是出於對供電兼容性的需求,它們同樣有在內部做+5V轉+3.3V的電壓轉換電路,或直接使用可兼容兩種電壓的芯片,因此實際上SATA接口的固態硬盤只需要有+5V供電就可以正常工作。

而PCI-E接口(包括M.2接口)的固態硬盤則會用到+3.3V供電,可直接從PCI-E插槽上獲取。而有部分PCI-E接口固態硬盤會使用+12V供電,這是因為其標配轉接卡甚至是其本體自帶有電壓轉換電路,會將+12V轉換成合適的電壓供固態硬盤使用。


D型4pin接口歷史悠久,可以提供+12V和+5V供電

剛才提到的硬盤內部+5V和+3.3V電壓兼容的問題,實際上是一種“歷史遺留問題”,因為早期的IDE接口硬盤使用的還是老式的D型4pin接口,這個接口只有+12V和+5V供電。而在剛開始推廣SATA接口的那段時間,由於不是每一個電源都有SATA接口,因此從D型4pin接口轉出SATA供電接口是不可避免的,前者並不具備+3.3V供電。考慮到硬件兼容性,實際上幾乎所有SATA接口的產品都可以脫離+3.3V使用。

總結:+12V是供電大戶,+5V與+3.3V主攻外圍

最後我們來匯總下看看PC主要硬件所需要的供電電壓:

CPU:+12V

主板:+12V、+5V、+3.3V、-12V、+5VSB

內存:+3.3V

顯卡:+3.3V 、+12V

機械硬盤:+12V、+5V、+3.3V

固態硬盤:+5V、+3.3V

+12V是供電大戶,因此它的地位最重要

從這個匯總我們可以看出,+12V、+5V和+3.3V供電對於PC硬件起到很重要的作用,因此這三路輸出的表現直接決定了PC電源的綜合性能。其中+12V供電是當中的重中之重,CPU和顯卡都直接由+12V供電,因此+12V供電的功率占電源額定功率的大頭,一般來說不低於70%,高端電源甚至把全部資源集中在+12V輸出上,+5V和+3.3V輸出則通過DC to DC電路從+12V中轉換出來。

+5V和+3.3V則主要是外圍設備以及控制芯片的供電,如顯卡上的外圍電路、USB接口供電以及固態硬盤的供電等,從功耗上來說比+12V要低,但是涉及的設備和芯片很多,因此也不容忽視。-12V則主要是作為串口和PCI接口的電平判斷使用,不是主要的供電線路,因此其輸出功率普遍很低。

+5VSB是在關機狀態下使用的,PC的正常開機以及快速喚醒全靠+5VSB,USB的關機充電功能也要依靠+5VSB,因此其重要性在PC電源中也不低,不過其功耗畢竟比較低,通常來說有1A或以上輸出也就足夠了,不過現在很多高端電源都比較注重+5VSB的輸出,額定輸出電流2A到3A的電源比比皆是。

原文地址:超能網

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