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

ż

emy wyró

ż

ni

ć

trzy podstawowe: +12 V, +5 V i +3,3 V. W tym

miejscu warto zada

ć

pytanie: jak moc mo

ż

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

ż

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,

ż

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

ż

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

ąż

e

ń

, w którym zasilacz powinien pracowa

ć

.

Oczywi

ś

cie zmiana obci

ąż

enia wpływa na stabilno

ść

napi

ę

cia danej linii, ale tak

ż

e po

ś

rednio na

stabilno

ść

pozostałych linii. Do

ść

trudno jest sprawdzi

ć

wszelkie mo

ż

liwe kombinacje obci

ąż

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

ż

e i wewn

ą

trz grafu.

•

Współczynnik mocy

Współczynnik mocy - stosunek mocy czynnej do mocy pozornej - wyra

ż

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

ż

ej 0,9 (im jest ona wi

ę

ksza, tym lepiej).

Z punktu widzenia u

ż

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

ż

ytecznej energii elektrycznej na wyj

ś

ciu układu do warto

ś

ci energii

elektrycznej pobieranej z sieci energetycznej.

Je

ś

li zało

ż

ymy,

ż

e zasilacz pracuje ci

ą

gle, to energi

ę

u

ż

yteczn

ą

mo

ż

emy dla uproszczenia zast

ą

pi

ć

moc

ą

. Dlatego sprawno

ść

cz

ę

sto wyra

ż

a si

ę

jako stosunek mocy wydzielanej przy obci

ąż

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

,

ż

e zasilacz powinien mie

ć

sprawno

ść

minimum 75%.

•

Szumy

S

ą

to niepo

żą

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

ż

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

żą

danych w sygnale

"szpilek" mierzona pik do piku i wyra

ż

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

ż

y ich traktowa

ć

jako pewnik.

Ad. 2. Zabezpieczenia zasilaczy

Ka

ż

dy zasilacz powinien by

ć

zabezpieczony przed mo

ż

liwie du

żą

liczb

ą

niekorzystnych czynników,

które mog

ą

zaszkodzi

ć

stabilno

ś

ci i bezpiecze

ń

stwu pracy komputera. Znaczenie skrótów najwa

ż

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

ż

dej linii, zapobiega uszkodzeniu zasilanych podzespołów, gdy stabilizator

zacznie niebezpiecznie zawy

ż

a

ć

napi

ę

cie.

•

UVP (ang. Under Voltage Protection) - zabezpieczenie przed zbyt niskim napi

ę

ciem na wyj

ś

ciu, rzadziej

spotykane ni

ż

OVP, gdy

ż

w wi

ę

kszo

ś

ci urz

ą

dze

ń

ni

ż

sze od nominalnego napi

ę

cie nie wyrz

ą

dza szkód,

mo

ż

e najwy

ż

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

ż

dej linii, zapobiega przeci

ąż

eniu stabilizatora, co przy długotrwałym

obci

ąż

eniu mogłoby doprowadzi

ć

do uszkodzenia zasilacza.

•

OLP (ang. Over Load Protection) - zabezpieczenie przed przeci

ąż

eniem, ogólne zabezpieczenie całego

urz

ą

dzenia (bez rozgraniczenia na poszczególne linie), ma zapobiega

ć

uszkodzeniu zasilacza przy poborze

z niego zbyt du

ż

ej mocy. Czasami wyst

ę

puje te

ż

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

ż

e zasilanych elementów w przypadku

awarii wentylatora lub przeci

ąż

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

ąż

eniu. Za zwarcie uwa

ż

a si

ę

ka

ż

de obci

ąż

enie o impedancji

mniejszej ni

ż

0,1. Zabezpieczenie obowi

ą

zkowe dla ka

ż

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

ż

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

ż

ej 100 watów. Aby przekaza

ć

tak

ą

ilo

ść

energii (przyjmijmy,

ż

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

ż

e by

ć

przesłana przy pr

ą

dzie 11 A.

ATX 1.3 - Podobnie jak ATX 1.0. Ró

ż

nica polega jedynie tym,

ż

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

ż

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

ż

tych ze zł

ą

czem AGP). Jednak przed zakupem musimy si

ę

upewni

ć

,

jakie gniazdo ma płyta główna. Warto doda

ć

,

ż

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

ż

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

ż

przej

ś

ciówki molex – Serial-

ATA i molex – PCI-E. Tak

ż

e po zastosowaniu przej

ś

ciówek z ka

ż

dego zasilacza mo

ż

na zasili

ć

nowy komputer i

je

ż

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,

ż

e nie

wszystkie komponenty pecetów zmieniaj

ą

si

ę

w tym samym czasie, dlatego wiele szczegółowych informacji

zawartych jest równie

ż

w innych dokumentach (np. normie Power Supply Design Guide). Du

ż

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.