超能课堂(151)：为了供电安全，PC电源采取了哪些保护措施？
作为整机的供电来源，PC电源的重要性不言而喻，想要整机稳定运行，一款输出稳定的PC电源是必不可少的。然而作为主机中里唯一与市电直接连接的硬件，PC电源需要在各种输入环境都保持相对一致的输出，因此其承担的压力可能比我们想象的还要大，因此为了保证自身与其他硬件的供电安全，PC电源是采取了各种各样的保护措施。今天我们就来看看，这些保护措施都有什么？
一个PC电源里使用了多少种供电保护措施？
输入保护
作为PC供电安全第一道关卡，PC电源从输入到输出都具备着各式保护措施，大体上可以分为输入保护和输出保护两类，其中输入保护的作用就是当外界交流输入出现异常的时候，PC电源可以及时切断输入，以最小的代价来保障电源以及其他硬件的安全。
输入异常可以总结为“超出正常工作所需的电压或电流”，比较常见的现象就是短路、浪涌电流和浪涌电压。引发短路的原因很多，例如意外进水和灰尘累积等等。而应对短路的保护器件首先当然是电源的保险管了，由于电源内部短路时，输入电流会变得极大，远超保险管可以承受的电流，因此保险管会在很短的时间内熔断，从而断开PC电源的供电输入。
电源的输入保护通常布置在一级与二级EMI电路中（电源为安钛克HCG850 Extreme）
一般来说PC电源的保险管都是一次性的，烧断之后必须进行拆机更换才能重新投入使用。这种设计其实是非常合理的，因为PC电源的保险管会熔断，通常是因为PC电源内部的短路而非外部因素，这种情况下单纯换一个保险管就继续使用的话，可能会造成更大的危险，因此返厂检修才是最好的方案。
而对付浪涌电流和浪涌电压的产生就比较复杂了，可能是因为雷击引发的，但更多的可能性会是开机瞬间产生的强脉冲引发的。浪涌可以在一瞬间烧坏电路，致使电源无法正常工作，因此想要保护电源不在浪涌中损坏，那就必须要有抑制浪涌的电路。
绿色的圆形器件就是NTC，旁边是其配套的继电器（电源为安钛克HCG850 Extreme）
目前可以抑制浪涌的器件主要是NTC与MOV，NTC（Negative Temperature Coefficient）是会随着自身温度上升而逐渐降低电阻的负温度系数热敏电阻。当PC电源进入工作状态的瞬间，其输入电路中会产生比正常工作所需电流高出许多倍的浪涌电流，而此时串联在电路中的NTC处于冷却状态，自身阻值最高，因此其可以抑制电路中过大的电流，从而保护其电源的后续电路及负载。
而随着电源的正常工作，NTC的温度也会不断提升，自身阻值逐渐降低，不再影响电流的通过。而在关机之后，NTC会恢复至冷却状态，再度以高阻态来确保电源在下一次开机中不会被浪涌电流破坏。
不过由于NTC的冷却需要一段时间，如果在关机后短时间里再度开机，NTC很可能会失去抑制浪涌电流的能力。因此现在不少PC电源都会在NTC旁边并连一个继电器，在电源进入正常工作状态后短路NTC，被短路的NTC将不再有电流经过，自身温度就会下降，重新回到高阻态。同时这样的设计也有利于提升电源的转换效率，毕竟这相当于电路中减少了一个电阻（低阻态的NTC也还是电阻，同样会消耗能量）。
MOV亚敏电阻与保险管（电源为安钛克HCG850 Extreme）
MOV则是Metal Oxide Varistor，也就是金属氧化物压敏电阻，是压敏电阻里比较常见的一种。压敏电阻主要用来对付浪涌电压，一般来说会与被保护器件或装置并联使用，最大特点是其两端电压低于额定值时，其内部电阻会比较大，而当两端电压超过额定值后，其阻值会迅速变小，这样就使得流过它的电流激增。因此当压敏电阻的两极间出现浪涌电压的时候，压敏电阻就可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。
而除了NTC与MOV外，部分高端电源为了进一步抑制浪涌电流和浪涌电压，还会用上TVS（(Transient Voltage Suppressor，瞬态抑制二极管）和气体放电管，当浪涌到来之时，TVS首先启动将浪涌电压控制在一定水平内，然后NTC和MOV会再进行第二次的控制，进一步抑制浪涌电流和浪涌电压，随后激活气体放电管，尽可能地消除浪涌。当然这个是比较理想的状态，目前TVS与气体放电管基本上是高端电源的专属，只有NTC和MOV才称得上是PC电源的标配。
输出保护
除了输入保护之外，PC电源在输出上也有相应的保护措施。如果说输入保护的对象更多地是电源自身，那么电源输出保护更多地就是出于对整机安全的考虑了。目前PC电源的输出保护主要有SCP、OCP、OVP、OTP四种，这四种也是英特尔电源设计规范中要求必须具备的电源输出保护措施。而部分高端电源则会进一步配置OPP和UVP等进阶保护措施，确保电源在各种异常状态下都能及时关断输出。
SCP短路保护（Short Circuit Protection）
顾名思义，SCP短路保护就是在负载短路的情况下，电源主动切断输出，以保障负载不被损坏的措施。按照英特尔的电源设计规范，PC电源的每一路输出都必须具备短路保护功能，而且在SCP短路保护实施的情况下，电源要能做到关断并锁死出现短路的线路，只有彻底断电，并排除负载的短路后电源才会恢复正常工作。
SCP短路保护的判断机制是被检测线路的两端阻抗小于0.1Ω，需要注意的是电源输出的短路保护并不一定会激活电源输入的短路保护，更多时候只是电源自己关断输出。只有非常极端的情况，会导致电源的输入与输出的短路保护都被同时激活。
OCP过流保护（Over Current Protection）
OCP过流保护与SCP短路保护是经常被弄混淆的一对，但是两者的用途却完全不同。SCP短路保护是以被测线路的两端阻抗为判断标准，而OCP则是以被测线路的电流为判断标准，响应时间比起SCP也会要更长，当线路的输出的电流大于指定值后，电源就会关断该线路的输出，以保证负载与电源自身的安全。
OVP过压保护（Over Voltage Protection）
OVP过压保护则与OCP过流保护类似，是线路输出电压超过标准之后及时关断输出的一种保护措施。由于过高的电压可能会击穿负载设备的芯片，因此过电压保护的响应都是非常迅速的，同时它也是PC电源必备的保护措施。
目前英特尔的电源设计规范对过电压保护的设定值是有给出推荐的，以+12V为例，其OVP过电压保护的激发点最低是13.4V，最高是15.6V，通常点是在15V，具体数值可由厂商根据产品自行制定。
OTP过温保护（Over Temperature Protection）
OTP过温保护则与电源的工作温度有关，一般来说是依靠电源内部的各种温度探头来进行控制的。当电源内部温度或者指定电路的温度超过标准后，电源会限制甚至是关断相应的输出，以确保自身与负载的安全。一般来说过温保护的激活都是因为散热风扇失效或者电源输出过载导致的，更多时候会是后者，因此OTP过温保护被激活前，往往会有其它保护措施已经被激活了。
+12V同步整流的散热片上有温控探头（电源为先马金牌550W）
OPP过功率保护（Over Power Protection）
与上述四种保护措施相比，OPP过功率保护并不是电源设计规范中要求的必选项目，但现在越来越多的电源厂商都用它来作为OCP过流保护和OVP过电压保护的补充。OPP过功率保护是指电源输出功率至超过指定值或者过载超过指定时间后关断输出的措施。在部分应用环境中，电源过载未必会激活OVP或OCP，但过载确实会让电源处于不利的工作状态，长期过载也很容易引发元器件的故障。因此OPP过功率保护的存在价值就是确保电源不会严重过载或者长时间过载，其与OCP与OVP的关系是补充而不是替代。
UVP欠压保护（Under Voltage Protection）
UVP欠压保护同样是电源保护措施中的可选项目而不是必选项目，一般来说常见于高端电源，一般来说它会在线路输出电压低于规定值执行关断，以保证自身安全的措施。由于大部分时刻输出线路欠压都是因为过电流或者短路等问题引起的，相比于UVP欠压保护，SCP短路保护和OCP过流保护的响应会更加及时，因此UVP大部分时候都不是PC电源的标配，只有部分高端产品会作为附加功能而加入。
保持时间
最后我们来讲一讲保持时间， 什么是PC电源的保持时间？从字面意思上来说那就是PC电源失去交流市电输入后，依然能维持正常输出的时间，按照目前PC电源的设计规范，一款合格的PC电源是要做到“输入断开后至少在一个交流周期内保持正常输出”的，这个时间一般来说非常短暂，通常只有几十毫秒甚至十几毫秒。
上图是海韵Prime 600 Titanium Fanless电源+12V输出的保持时间测试结果，图中正弦波代表的是交流输入，可以看到在交流输出断开后，代表+12V输出波形的直线依然维持了一段时间才下降为0，此时+12V输出终止。而交流输入终止与+12V输出终止之间的时间差，就是 海韵Prime 600 Titanium Fanless电源的+12V输出保持时间。
那为什么PC电源的保持时间也算是一种保护措施呢？实际上在日常使用中，我们碰见最多的供电问题，其实是外界供电突然断开。突然断电带来的后果可大可小，比较严重的是数据丢失或者硬件损坏，因此PC内部的各个硬件本身都有各自的断电保护措施，而电源的保持时间则是用来确保这些断电保护措施可以有效执行的。
总结：一个优秀的电源通常具备多种保护措施
以上就是PC电源常见的保护措施，一般来说当PC电源出现异常的时候，都会是多个保护措施同时工作，而不仅仅是一个保护措施生效，例如说输出功率超标的时候，电源可能会在激活OPP过功率保护的同时，OVP过电压、OCP过电流甚至是OTP过温保护等都会被激活，以确保电源能够及时关断，保证自身与负载设备的安全。
曾经有电源厂商的朋友跟我坦言，这些保护措施去掉之后，电源的性能表现说不定会更好，毕竟在理想的状态下，元件越少带来的干扰就越少，越有利于提升电源的转换效率，降低输出纹波，提升输出电压的稳定度。然而理想毕竟是理想，这样的环境在现实生活中是不存在的，没有这些保护电路，市电输入哪怕是波动一下，都有可能会导致电源甚至是其他硬件的损坏，因此电源的各种保护电路和保护措施都是必不可少的。
当然我们衷心希望大家的PC电源没有机会用上这些保护措施，毕竟稳定运行对于电源以及PC的其他硬件来说，就是最好的保护措施。但万一，我说的是万一，你的PC遭遇到异常状况，那么电源里面的这些保护措施，是可以帮你把损失降低最低的。