URZADZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ – klasa II
technik informatyk 312[01]/T/MENiS/2004.06.14
B. Dubińska, T. Dobosz - TZN 2006/2007
str. 1
L –24 Parametry zasilaczy komputerowych
1. Podstawowe parametry zasilaczy komputerowych
2. Zabezpieczenia zasilaczy
3. Wersje standardu zasilania ATX
4. Praca domowa
Ad. 1. Podstawowe parametry zasilaczy komputerowych
•
Moc maksymalna
Jeden z głównych parametrów zasilacza to jego moc maksymalna. Urz
ą
dzenie to nie jest jednak
ź
ródłem jednego napi
ę
cia, lecz kilku, z których mo
Ŝ
emy wyró
Ŝ
ni
ć
trzy podstawowe: +12 V, +5 V i +3,3 V. W tym
miejscu warto zada
ć
pytanie: jak moc mo
Ŝ
e by
ć
podzielona pomi
ę
dzy poszczególne linie zasilaj
ą
ce?
Oczywi
ś
cie odpowiedzi na nie udzieli tabliczka znamionowa zasilacza (patrz: Rys. 1), jednak zawarte tam
informacje s
ą
ogólnikowe. Wi
ę
cej dowiedzie
ć
si
ę
mo
Ŝ
emy z tak zwanego grafu dystrybucji mocy (Rys. 2), który
znajduje si
ę
w normie ATX12V 2.01.
Rys. 1. Tabliczka znamionowa zasilacza
Rys. 2. Graf dystrybucji mocy dla zasilacza 400 W
URZADZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ – klasa II
technik informatyk 312[01]/T/MENiS/2004.06.14
B. Dubińska, T. Dobosz - TZN 2006/2007
str. 2
Specyfikacja zakłada,
Ŝ
e linie +5 V i +3,3 V s
ą
ze sob
ą
powi
ą
zane oraz maj
ą
wspólne ograniczenie
mocy - tak jest w rzeczywisto
ś
ci w ok. 90% zasilaczy. Na podstawie tych informacji mo
Ŝ
na sporz
ą
dzi
ć
wykres,
którego o
ś
X odpowiada mocy obu linii +12 V, a o
ś
Y to suma mocy dla linii +5 i +3,3 V. Otrzymany wielok
ą
t
wyznacza pole obci
ąŜ
e
ń
, w którym zasilacz powinien pracowa
ć
.
Oczywi
ś
cie zmiana obci
ąŜ
enia wpływa na stabilno
ść
napi
ę
cia danej linii, ale tak
Ŝ
e po
ś
rednio na
stabilno
ść
pozostałych linii. Do
ść
trudno jest sprawdzi
ć
wszelkie mo
Ŝ
liwe kombinacje obci
ąŜ
enia. Dlatego
pomiary dla zasilacza wykonuje si
ę
przy parametrach odpowiadaj
ą
cych skrajnym, najbardziej niekorzystnym
punktom grafu dystrybucji mocy. Je
ś
li urz
ą
dzenie b
ę
dzie spełniało wymagania tolerancji w tych punktach, to
spełni je tak
Ŝ
e i wewn
ą
trz grafu.
•
Współczynnik mocy
Współczynnik mocy - stosunek mocy czynnej do mocy pozornej - wyra
Ŝ
any jest za pomoc
ą
kosinusa k
ą
ta
mi
ę
dzy wektorem mocy czynnej i pozornej (Rys. 3) i dlatego przyjmuje warto
ś
ci z przedziału od 0 do 1.
PF = cos
φ
= P / S
Odbiorniki pr
ą
du przemiennego pobieraj
ą
ze
ź
ródła moc pozorn
ą
S, a oddaj
ą
na zewn
ą
trz moc czynn
ą
P
w postaci energii cieplnej lub mechanicznej. Współczynnik mocy cos
φ
jest wi
ę
c miar
ą
wykorzystania energii.
Obecnie zasilacze posiadaj
ą
układ korekcji współczynnika mocy PFC (ang. Power Factor Correction).
W zasilaczach, które maj
ą
pasywne układy PFC, warto
ść
współczynnika wynosi zwykle od 0,7 do 0,85,
w urz
ą
dzeniach z aktywnym PFC kosinus ma za
ś
warto
ść
powy
Ŝ
ej 0,9 (im jest ona wi
ę
ksza, tym lepiej).
Z punktu widzenia u
Ŝ
ytkownika układ PFC nie ma znaczenia, jednak jego obecno
ść
wymagana jest norm
ą
EN61000-3-2 Unii Europejskiej.
Rys. 3. Trójk
ą
t mocy
•
Sprawno
ść
Jest jeden z podstawowych parametrów zasilacza, decyduj
ą
cy o jego jako
ś
ci. Sprawno
ść
zasilacza
definiowana jest jako stosunek warto
ś
ci u
Ŝ
ytecznej energii elektrycznej na wyj
ś
ciu układu do warto
ś
ci energii
elektrycznej pobieranej z sieci energetycznej.
Je
ś
li zało
Ŝ
ymy,
Ŝ
e zasilacz pracuje ci
ą
gle, to energi
ę
u
Ŝ
yteczn
ą
mo
Ŝ
emy dla uproszczenia zast
ą
pi
ć
moc
ą
. Dlatego sprawno
ść
cz
ę
sto wyra
Ŝ
a si
ę
jako stosunek mocy wydzielanej przy obci
ąŜ
eniu do mocy
pobieranej z sieci. Przelicza si
ę
go zwykle na warto
ść
procentow
ą
. Innymi słowy: im wi
ę
ksza sprawno
ść
, tym
mniejsze straty energii w zasilaczu. Przekłada si
ę
to bezpo
ś
rednio na mniejsze rachunki za pr
ą
d oraz mniejsz
ą
ilo
ść
wydzielanego ciepła. Przyjmuje si
ę
,
Ŝ
e zasilacz powinien mie
ć
sprawno
ść
minimum 75%.
•
Szumy
S
ą
to niepo
Ŝą
dane, zazwyczaj sinusoidalne składowe, pojawiaj
ą
ce si
ę
w napi
ę
ciu wyj
ś
ciowym
URZADZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ – klasa II
technik informatyk 312[01]/T/MENiS/2004.06.14
B. Dubińska, T. Dobosz - TZN 2006/2007
str. 3
zasilacza. Mog
ą
one samoistnie wzbudzi
ć
układy wej
ś
ciowe zasilanych urz
ą
dze
ń
, powoduj
ą
c ich uszkodzenie.
Szumy s
ą
te
Ŝ
ź
ródłem zakłóce
ń
pracy układów i przekłama
ń
transmisji danych. Norma ATX12V definiuje szumy
jako wszystkie napi
ę
ciowe sygnały zmienne, pojawiaj
ą
ce si
ę
w pa
ś
mie do 20 MHz. Dopuszczalne zakresy
szumów dla komputerowego zasilacza to 50 mV (a w zasadzie 50 mVpp - amplituda niepo
Ŝą
danych w sygnale
"szpilek" mierzona pik do piku i wyra
Ŝ
ona w miliwoltach) dla linii +3,3 V i +5 V oraz 120 mV dla linii +12 V.
•
MTBF (ang. Mean Time Between Failures) -
ś
redni czas pomi
ę
dzy awariami.
Parametr okre
ś
laj
ą
cy deklarowany przez producenta
ś
redni czas bezawaryjnej pracy urz
ą
dzenia.
Podawany jest w godzinach, a wyznacza si
ę
go za pomoc
ą
specjalnych procedur testowych i wzorów. S
ą
to
warto
ś
ci szacunkowe i statystyczne, wi
ę
c nie nale
Ŝ
y ich traktowa
ć
jako pewnik.
Ad. 2. Zabezpieczenia zasilaczy
Ka
Ŝ
dy zasilacz powinien by
ć
zabezpieczony przed mo
Ŝ
liwie du
Ŝą
liczb
ą
niekorzystnych czynników,
które mog
ą
zaszkodzi
ć
stabilno
ś
ci i bezpiecze
ń
stwu pracy komputera. Znaczenie skrótów najwa
Ŝ
niejszych
stosowanych dzi
ś
zabezpiecze
ń
:
•
OVP (ang. Over Voltage Protection) - zabezpieczenie przed zbyt wysokim napi
ę
ciem na wyj
ś
ciu, wymagane
norm
ą
ATX12V, osobne dla ka
Ŝ
dej linii, zapobiega uszkodzeniu zasilanych podzespołów, gdy stabilizator
zacznie niebezpiecznie zawy
Ŝ
a
ć
napi
ę
cie.
•
UVP (ang. Under Voltage Protection) - zabezpieczenie przed zbyt niskim napi
ę
ciem na wyj
ś
ciu, rzadziej
spotykane ni
Ŝ
OVP, gdy
Ŝ
w wi
ę
kszo
ś
ci urz
ą
dze
ń
ni
Ŝ
sze od nominalnego napi
ę
cie nie wyrz
ą
dza szkód,
mo
Ŝ
e najwy
Ŝ
ej powodowa
ć
nieprawidłow
ą
prac
ę
podzespołów.
•
OCP (ang. Over Current Protection) - zabezpieczenie przed zbyt wysokim pr
ą
dem na wyj
ś
ciu, wymagane
przez norm
ę
ATX12V, osobne dla ka
Ŝ
dej linii, zapobiega przeci
ąŜ
eniu stabilizatora, co przy długotrwałym
obci
ąŜ
eniu mogłoby doprowadzi
ć
do uszkodzenia zasilacza.
•
OLP (ang. Over Load Protection) - zabezpieczenie przed przeci
ąŜ
eniem, ogólne zabezpieczenie całego
urz
ą
dzenia (bez rozgraniczenia na poszczególne linie), ma zapobiega
ć
uszkodzeniu zasilacza przy poborze
z niego zbyt du
Ŝ
ej mocy. Czasami wyst
ę
puje te
Ŝ
pod nazw
ą
OPP (ang. Over Power Protection).
•
OTP (ang. Over Temperature Protection) - zabezpieczenie przed przegrzaniem, wymagane przez norm
ę
ATX12V, ma zapobiega
ć
uszkodzeniu zasilacza, a po
ś
rednio tak
Ŝ
e zasilanych elementów w przypadku
awarii wentylatora lub przeci
ąŜ
enia zasilacza. Cz
ę
sto wyst
ę
puje w powi
ą
zaniu z OLP.
•
SCP (ang. Short Circuit Protection) - zabezpieczenie przeciwzwarciowe, ma za zadanie wył
ą
cza
ć
zasilacz
w przypadku wykrycia zwarcia w obci
ąŜ
eniu. Za zwarcie uwa
Ŝ
a si
ę
ka
Ŝ
de obci
ąŜ
enie o impedancji
mniejszej ni
Ŝ
0,1. Zabezpieczenie obowi
ą
zkowe dla ka
Ŝ
dego zasilacza.
•
IOVP (ang. Input Over Voltage Protection) - zabezpieczenie przed zbyt wysokim napi
ę
ciem wej
ś
ciowym.
Opcjonalne, spotykane tylko w zasilaczach z przeł
ą
czanym manualnie zakresem napi
ę
cia sieci
energetycznej.
•
IUVP (Input Under Voltage Protection) - zabezpieczenie przed zbyt niskim napi
ę
ciem wej
ś
ciowym. Układ
IUVP spotyka si
ę
czasami w zasilaczach z r
ę
cznie przeł
ą
czanym zakresem napi
ę
cia sieci energetycznej.
Ad. 3. Wersje standardu zasilania ATX
URZADZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ – klasa II
technik informatyk 312[01]/T/MENiS/2004.06.14
B. Dubińska, T. Dobosz - TZN 2006/2007
str. 4
ATX 1.0 - Przewiduje u
Ŝ
ycie standardowej 20-pinowej wtyczki i dodatkowej 4-pinowej tzw. wtyczki P4
dostarczaj
ą
cej napi
ę
cie 12V w celu stabilniejszego zasilania procesora. Tego typu zasilacz jest w zupełno
ś
ci
wystarczaj
ą
cy, je
ś
li mamy płyt
ę
główn
ą
, która nie posiada slotów PCI-Express.
Nowoczesne procesory potrzebuj
ą
znacznej mocy, nawet powy
Ŝ
ej 100 watów. Aby przekaza
ć
tak
ą
ilo
ść
energii (przyjmijmy,
Ŝ
e ze stratami w przetwornicy potrzeba wówczas 125 W) za pomoc
ą
linii +5 V, trzeba
dostarczy
ć
pr
ą
d rz
ę
du 25 A. Co z pozostałymi elementami? W konsekwencji zasilacze musiały wytrzymywa
ć
pr
ą
dy na linii +5 V o warto
ś
ci 50 A! Stworzenie przetwornicy na tak wysokie pr
ą
dy nie jest zadaniem łatwym.
Konstruktorzy Intela,
ś
wiadomi tych problemów, tworz
ą
c platform
ę
Socket 478, wprowadzili nowy, czteropinowy,
kwadratowy wtyk +12 V. Zasilanie to wykorzystywane jest tylko przez przetwornic
ę
procesora. Dzi
ę
ki napi
ę
ciu
+12 V ta sama moc 125 W mo
Ŝ
e by
ć
przesłana przy pr
ą
dzie 11 A.
ATX 1.3 - Podobnie jak ATX 1.0. Ró
Ŝ
nica polega jedynie tym,
Ŝ
e standard przewiduje dodatkow
ą
6-pinow
ą
wtyczk
ę
tzw. AUX oraz opcjonalnie zł
ą
cza do zasilania dysków Serial-ATA. W praktyce wtyczka AUX jest
wykorzystywana tylko przez stare bardzo nieliczne płyty pod Pentium 4. Miała tam wzmacnia
ć
napi
ę
cia 3,3V
i 5V. Obecnie jest wykorzystywana tylko w nielicznych płytach serwerowych.
ATX 2.0 - Przewiduje u
Ŝ
ycie 24-pinowej wtyczki, 4-pinowej P4 i dodatkowo “szóstki” do zasilania karty
graficznej PCI-Express. Wymagane s
ą
zł
ą
cza zasilaj
ą
ce dla dysków Serial-ATA. Tego typu zasilacz
wybieramy do płyt głównych ze zł
ą
czem PCI-E oraz do płyt głównych przeznaczonych dla procesorów
Pentium 4 na zł
ą
cze LGA 775 (równie
Ŝ
tych ze zł
ą
czem AGP). Jednak przed zakupem musimy si
ę
upewni
ć
,
jakie gniazdo ma płyta główna. Warto doda
ć
,
Ŝ
e w przypadku płyt ze zł
ą
czem 24-pin nie jest wymagany zasilacz
ATX 2.0 – ale jego zastosowanie znacznie zwi
ę
ksza mo
Ŝ
liwo
ś
ci podkr
ę
cania sprz
ę
tu.
URZADZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ – klasa II
technik informatyk 312[01]/T/MENiS/2004.06.14
B. Dubińska, T. Dobosz - TZN 2006/2007
str. 5
Ponadto istniej
ą
przej
ś
ciówki zarówno 24-pin – 20-pin jak i 20-pin – 24-pin. S
ą
te
Ŝ
przej
ś
ciówki molex – Serial-
ATA i molex – PCI-E. Tak
Ŝ
e po zastosowaniu przej
ś
ciówek z ka
Ŝ
dego zasilacza mo
Ŝ
na zasili
ć
nowy komputer i
je
Ŝ
eli mamy dobrej klasy zasilacz ATX 1.0 lub 1.3 nie musimy go zmienia
ć
przy ewentualnej modernizacji.
ATX 2.2 - Najnowsza wersja standardu ATX 2.2 nie opisuje dokładnie zasilaczy. Wzi
ę
ło si
ę
to st
ą
d,
Ŝ
e nie
wszystkie komponenty pecetów zmieniaj
ą
si
ę
w tym samym czasie, dlatego wiele szczegółowych informacji
zawartych jest równie
Ŝ
w innych dokumentach (np. normie Power Supply Design Guide). Du
Ŝ
a liczba
standardów sprawia z kolei problemy z dopasowaniem do siebie poszczególnych podzespołów. W zwi
ą
zku
z tym postanowiono zebra
ć
i wydzieli
ć
informacje dotycz
ą
ce zasilaczy w jednej oddzielnej dokumentacji,
nosz
ą
cej nazw
ę
ATX12V Power Supply Design Guide. Najnowsza wersja - 2.01 z czerwca 2004 roku.