Zasilacze komputerowe
:
Wstęp:
Każdy z nas Wie, że dobra jakość, oraz odpowiednio dobrana moc zasilacza jest niezbędna dla
zachowania stabilności i żywotności komputera. Wiemy również, że wymagania najnowszego sprzętu
pod względem zasilania są coraz ostrzejsze, warto zatem zaplanować zakup zasilacza tak, aby poradził
on sobie przy przyszłej zmianie podzespołów w naszym komputerze. Jeżeli jesteś ciekaw co warto wziąć
pod uwagę przy zakupie zasilacza, lub po prostu chciałbyś wiedzieć jak działa zasilacz komputerowy to
znalazłeś odpowiedni artykuł.
Podstawy konwersji prÄ…du:
Zacznijmy od podstaw. W świecie elektroniki mamy trzy główne grupy urządzeń odpowiedzialnych za
konwersjÄ™ prÄ…du. Podzielone sÄ… one na:
1. Zasilacze AC/DC* (zamieniają prąd przemienny na stały)
2. Przetwornice DC/DC* (zmieniają wartość napięcia prądu stałego)
3. Inwertery DC/AC* (zamieniają prąd stały na przemienny)
* AC (od Alternating Current) oznaczenie prądu przemiennego, a DC (od Direct Current) oznaczenie prądu stałego
Typowy zasilacz komputerowy należy do dwóch pierwszych kategorii. Zamienia on prąd przemienny na
prąd stały, a następnie zamienia on prąd stały o wysokim napięciu na prąd o napięciach wymaganych
przez komputer. Dla zapewnienia poprawnej i bezpiecznej pracy komputera, typowy zasilacz atx musi
pełnić poniższe funkcje:
1. Prostowanie: Zamiana prądu przemiennego z sieci energetycznej na prąd stały
2. Transformacja napięcia: Dostarczanie napięcia odpowiedniego dla komputera
3. Filtrowanie: Wygładzanie szumów i tętnień napięcia
4. Regulacja: Kontrola napięcia wyjściowego i utrzymywanie stałej jego wartości niezależnie od
linii, obciążenia i zmian temperatury
5. Izolacja: Elektryczne rozdzielenie wyjścia od napięcia zasilającego na wejściu
6. Ochrona: Zapobieganie by niebezpiecznie ostre piki napięcia i prądu nie docierały do wyjścia,
zapewnianie podtrzymania pracy, lub bezpiecznego wyłączenia podczas zaniku prądu.
Idealny zasilacz charakteryzowałby się dostarczaniem idealnie gładkiego, stałego napięcia wyjściowego
niezależnie od jakości prądu zasilającego, obciążenia, czy temperatury otoczenia, ze 100% sprawnością
konwersji prÄ…du.
W naszym opracowaniu zajmiemy się dwiema metodami konwersji prądu przemiennego do stałego.
Pierwsza z nich, odbywa się poprzez użycie zasilacza liniowego, który jest bardzo prostym i skutecznym
sposobem konwersji prÄ…du, druga odbywa siÄ™ za pomocÄ… zasilaczy impulsowych, bardziej
skomplikowanych jednak bardziej sprawnych i lżejszych.
Zasilacze liniowe
Zasilacze liniowe obniżają wejściowe napięcie prądu przemiennego poprzez transformator (na przykład
230VAC, obniżane jest do 48VAC). Następnie napięcie jest prostowane poprzez układ prostowniczy,
który jest niczym innym jak czterema diodami w układ Graetza. Zaraz za nimi mamy kondensatory,
których zadaniem jest zachowanie stałego poziomu napięcia prądu stałego (wypełnienie spadków w
górnym przebiegu prądu). Poniżej znajduje się uproszczony schemat ilustrujący działanie zasilacza
liniowego:
Głównym mankamentem tego projektu jest jego słaba sprawność, nie tylko ze względu na spo
Głównym mankamentem tego projektu jest jego słaba sprawność, nie tylko ze względu na spo
Głównym mankamentem tego projektu jest jego słaba sprawność, nie tylko ze względu na sposób
konwersji prądu, lecz również ze względu na rozmiary. Najpierw, duży i ciężki transformator musi
konwersji prądu, lecz również ze względu na rozmiary. Najpierw, duży i ciężki transformator musi
konwersji prądu, lecz również ze względu na rozmiary. Najpierw, duży i ciężki transformator musi
obniżyć napięcie prądu zmiennego na wejściu. Potem tranzystor (który zachowuje się jak nastawny
obniżyć napięcie prądu zmiennego na wejściu. Potem tranzystor (który zachowuje się jak nastawny
obniżyć napięcie prądu zmiennego na wejściu. Potem tranzystor (który zachowuje się jak nastawny
rezystor) rozprasza pewną ilość mocy, która jest tracona jako ciepło. Moc rozproszona (w Watach)
rezystor) rozprasza pewną ilość mocy, która jest tracona jako ciepło. Moc rozproszona (w Watach)
możemy obliczyć za pomocą tego prostego wzoru (Vi - Vo) x Io, czyli mówiąc prosto
możemy obliczyć za pomocą tego prostego wzoru (V , czyli mówiąc prosto - Napięcie na
wejściu (Vi) odjąć Napięcie na wyjściu (V ).
) odjąć Napięcie na wyjściu (Vo) pomnożone przez Prąd na wyjściu (Io).
Zasilacze impulsowe
Wszystkie nowoczesne komputery używają zasilaczy znanych jako zasilacze impulsowe (switching
nowoczesne komputery używają zasilaczy znanych jako zasilacze impulsowe (switching
nowoczesne komputery używają zasilaczy znanych jako zasilacze impulsowe (switching
power supply). Pomimo bardziej skomplikowanej budowy, stanowiÄ… one znaczne usprawnienie w
power supply). Pomimo bardziej skomplikowanej budowy, stanowiÄ… one znaczne usprawnienie w
power supply). Pomimo bardziej skomplikowanej budowy, stanowiÄ… one znaczne usprawnienie w
stosunku do swoich poprzedników pod względem sprawności, jak i gęstości mocy. Zasil
stosunku do swoich poprzedników pod względem sprawności, jak i gęstości mocy. Zasil
stosunku do swoich poprzedników pod względem sprawności, jak i gęstości mocy. Zasilacz impulsowy
działa na zasadzie kontroli średniego napięcia dostarczanego do obciążenia. Odbywa się to poprzez
działa na zasadzie kontroli średniego napięcia dostarczanego do obciążenia. Odbywa się to poprzez
działa na zasadzie kontroli średniego napięcia dostarczanego do obciążenia. Odbywa się to poprzez
otwieranie i zamykanie przełącznika (zazwyczaj tranzystora polowego wysokiej mocy) z wysoką
otwieranie i zamykanie przełącznika (zazwyczaj tranzystora polowego wysokiej mocy) z wysoką
otwieranie i zamykanie przełącznika (zazwyczaj tranzystora polowego wysokiej mocy) z wysoką
częstotliwością. System jest lepiej znany pod nazwą modulacji szerokości impulsu, czyli po angielsku
częstotliwością. System jest lepiej znany pod nazwą modulacji szerokości impulsu, czyli po angielsku
Pulse Width Modulation - PWM. Układ PWM jest najważniejszym układem wyróżniającym ten typ
PWM. Układ PWM jest najważniejszym układem wyróżniającym ten typ
PWM. Układ PWM jest najważniejszym układem wyróżniającym ten typ
zasilaczy, więc warto zapamiętać chociaż samą nazwę.
zasilaczy, więc warto zapamiętać chociaż samą nazwę.
Poniższy diagram ilustruje idee działania PWM i jest całkiem prosty do zrozumienia: V = napięcie, T =
Poniższy diagram ilustruje idee działania PWM i jest całkiem prosty do zrozumienia: V = napięcie, T =
okres, t(wł) = czas trwania impulsu, o = wyście, i = wejście. Średnie napięcie podawane do obciążenia
= czas trwania impulsu, o = wyście, i = wejście. Średnie napięcie podawane do obciążenia
= czas trwania impulsu, o = wyście, i = wejście. Średnie napięcie podawane do obciążenia
może zostać wytłumaczone następującym wzorem Vo(śr) = (t(wł)/T) x Vi. Impulsy następują po sobie
może zostać wytłumaczone następującym wzorem V . Impulsy następują po sobie
szybko (jest to rząd kHz, czyli tysięcy razy na sekundę) i aby nasze obciążenie nie widziało
ąd kHz, czyli tysięcy razy na sekundę) i aby nasze obciążenie nie widziało
ąd kHz, czyli tysięcy razy na sekundę) i aby nasze obciążenie nie widziało
gwałtownych impulsów potrzebne są kondensatory, które zapewniają względnie stały poziom napięcia.
gwałtownych impulsów potrzebne są kondensatory, które zapewniają względnie stały poziom napięcia.
gwałtownych impulsów potrzebne są kondensatory, które zapewniają względnie stały poziom napięcia.
Zredukowanie czasu t(wł) (stan wysoki) powoduje zmniejszenie średniej wartości napi
(stan wysoki) powoduje zmniejszenie średniej wartości napi
(stan wysoki) powoduje zmniejszenie średniej wartości napięcia wyjściowego
Vo(śr) i odwrotnie - zwiększenie czasu trwania stanu wysokiego t(wł) spowoduje zwiększenie napięcia
zwiększenie czasu trwania stanu wysokiego t spowoduje zwiększenie napięcia
wyjściowego Vo(śr).
Zasadę działania zasilaczy impulsowych możemy sprowadzić do kilku głównych etapów. Na początku
Zasadę działania zasilaczy impulsowych możemy sprowadzić do kilku głównych etapów. Na początku
Zasadę działania zasilaczy impulsowych możemy sprowadzić do kilku głównych etapów. Na początku
zasilacz pobiera prąd przemienny o napięciu ~230V z sieci energetycznej i prostuje go używając mostka
przemienny o napięciu ~230V z sieci energetycznej i prostuje go używając mostka
przemienny o napięciu ~230V z sieci energetycznej i prostuje go używając mostka
Graetza (mostek wysokiego napięcia i niskiego prądu), oraz kondensatorów, następnie prąd jest
Graetza (mostek wysokiego napięcia i niskiego prądu), oraz kondensatorów, następnie prąd jest
Graetza (mostek wysokiego napięcia i niskiego prądu), oraz kondensatorów, następnie prąd jest
oczyszczany z szumów prądu przemiennego. Obecnie w większości zasilaczy, kolejnym
oczyszczany z szumów prądu przemiennego. Obecnie w większości zasilaczy, kolejnym
oczyszczany z szumów prądu przemiennego. Obecnie w większości zasilaczy, kolejnym etapem jest
korekcja współczynnika mocy (układ aktywnego, lub pasywnego PFC, którym zajmiemy się póz
niej).
korekcja współczynnika mocy (układ aktywnego, lub pasywnego PFC, którym zajmiemy się póz
niej).
korekcja współczynnika mocy (układ aktywnego, lub pasywnego PFC, którym zajmiemy się póz
niej).
Zaraz za nim mamy parę dużych kondensatorów, które mają za zadanie wygładzić napięcie zanim
Zaraz za nim mamy parę dużych kondensatorów, które mają za zadanie wygładzić napięcie zanim
Zaraz za nim mamy parę dużych kondensatorów, które mają za zadanie wygładzić napięcie zanim
zostanie zmodulowane przez tranzystor bipolarny.
zostanie zmodulowane przez tranzystor bipolarny.
Półprzewodnikowy tranzystor bipolarny jest połączony szeregowo do uzwojenia pierwotnego
Półprzewodnikowy tranzystor bipolarny jest połączony szeregowo do uzwojenia pierwotnego
Półprzewodnikowy tranzystor bipolarny jest połączony szeregowo do uzwojenia pierwotnego
transformatora i służy jako przełącznik stanów logicznych. Prąd pojawiający się po drugiej stronie
transformatora i służy jako przełącznik stanów logicznych. Prąd pojawiający się po drugiej stronie
transformatora i służy jako przełącznik stanów logicznych. Prąd pojawiający się po drugiej stronie
transformatora jest prostowany na całej długości fali i rekonstruowany w prąd stały o odpowiednim
transformatora jest prostowany na całej długości fali i rekonstruowany w prąd stały o odpowiednim
napięciu. Sprzężenie zwrotne (Vo, I , itd.) może być przesłane z powrotem na stronę pierwotną aby
, Io, itd.) może być przesłane z powrotem na stronę pierwotną aby
służyć jako wejście dla obwodu PWM. Dzięki temu prostemu rozwiązaniu układ PWM dostosowuje czas
służyć jako wejście dla obwodu PWM. Dzięki temu prostemu rozwiązaniu układ PWM dostosowuje czas
służyć jako wejście dla obwodu PWM. Dzięki temu prostemu rozwiązaniu układ PWM dostosowuje czas
trwania stanu wysokiego t(wł) tak, aby zachować odpowiednią wartość napięcia.
, aby zachować odpowiednią wartość napięcia.
Załóżmy, ze nasz zasilacz impulsowy dostarcza napięcie +12V zasilając 6A obciążenie. Teraz gdy nagle
Załóżmy, ze nasz zasilacz impulsowy dostarcza napięcie +12V zasilając 6A obciążenie. Teraz gdy nagle
Załóżmy, ze nasz zasilacz impulsowy dostarcza napięcie +12V zasilając 6A obciążenie. Teraz gdy nagle
zapotrzebowanie obciążenia na prąd wzrośnie do 8A, napięcie automatycznie zmaleje do około
zapotrzebowanie obciążenia na prąd wzrośnie do 8A, napięcie automatycznie zmaleje do około
zapotrzebowanie obciążenia na prąd wzrośnie do 8A, napięcie automatycznie zmaleje do około
+10.67V. W ułamku sekundy sprzężenie zwrotne przesyłane do obwodu PWM odnotuje spadek napięcia
u sekundy sprzężenie zwrotne przesyłane do obwodu PWM odnotuje spadek napięcia
u sekundy sprzężenie zwrotne przesyłane do obwodu PWM odnotuje spadek napięcia
i włącza MOSFET na dłuższy okres czasu t (wł). Dzięki temu układ może przekazać więcej mocy i
i włącza MOSFET na dłuższy okres czasu t . Dzięki temu układ może przekazać więcej mocy i
przywrócić wartość napięcia do wartości +12V.
przywrócić wartość napięcia do wartości +12V.
Częstotliwość z jaką pracuje układ PWM mieści się zazwyczaj w przedziale pomiędzy 30kHz a 150kHz,
Częstotliwość z jaką pracuje układ PWM mieści się zazwyczaj w przedziale pomiędzy 30kHz a 150kHz,
jednak może być ona również znacznie wyższa. Częstotliwość pracy dla zasilaczy liniowych jest taka
jednak może być ona również znacznie wyższa. Częstotliwość pracy dla zasilaczy liniowych jest taka
jednak może być ona również znacznie wyższa. Częstotliwość pracy dla zasilaczy liniowych jest taka
sama jak prądu zasilającego - zazwyczaj około 50Hz, lub 100Hz w przypadku zastosowania układu
zazwyczaj około 50Hz, lub 100Hz w przypadku zastosowania układu
zazwyczaj około 50Hz, lub 100Hz w przypadku zastosowania układu
Graetza. Wybór częstotliwości zależy od przeznaczenia zasilacza i musi być dobrana tak aby żadna z
raetza. Wybór częstotliwości zależy od przeznaczenia zasilacza i musi być dobrana tak aby żadna z
raetza. Wybór częstotliwości zależy od przeznaczenia zasilacza i musi być dobrana tak aby żadna z
tych składowych harmonicznych nie zakłócała się z obciążeniem.
tych składowych harmonicznych nie zakłócała się z obciążeniem.
Zasilacze liniowe kontra impulsowe
Zasilacze liniowe kontra impulsowe
Nadszedł czas na krótkie podsumowanie i porównanie zasilaczy liniowych, i impulsowych. Za chwilę
Nadszedł czas na krótkie podsumowanie i porównanie zasilaczy liniowych, i impulsowych. Za chwilę
dowiemy się dlaczego komputery mogą być zasilane tylko zasilaczami impulsowymi. Gdyby zbudować
dowiemy się dlaczego komputery mogą być zasilane tylko zasilaczami impulsowymi. Gdyby zbudować
dowiemy się dlaczego komputery mogą być zasilane tylko zasilaczami impulsowymi. Gdyby zbudować
liniowy zasilacz dla komputera zajmowałby on obudowę wielkości wieży i ważyłby kilkadziesiąt
liniowy zasilacz dla komputera zajmowałby on obudowę wielkości wieży i ważyłby kilkadziesiąt
liniowy zasilacz dla komputera zajmowałby on obudowę wielkości wieży i ważyłby kilkadziesiąt
kilogramów.
Zasilacze liniowe:
" Wymagają ogromnych transformatorów, zasilacze liniowe są generalnie ciężkie (dla zasilacza z
Wymagają ogromnych transformatorów, zasilacze liniowe są generalnie ciężkie (dla zasilacza z
Wymagają ogromnych transformatorów, zasilacze liniowe są generalnie ciężkie (dla zasilacza z
wyjściem 16V, na każdy amper przypada około 0,5kg masy).
wyjściem 16V, na każdy amper przypada około 0,5kg masy).
" Ponieważ tranzystory mocy działają w zakresie liniowym i cały prąd na wyjściu musi przez niego
Ponieważ tranzystory mocy działają w zakresie liniowym i cały prąd na wyjściu musi przez niego
Ponieważ tranzystory mocy działają w zakresie liniowym i cały prąd na wyjściu musi przez niego
przejść wymaga on dużych radiatorów aby rozproszyć straty energii
ć wymaga on dużych radiatorów aby rozproszyć straty energii
" Sprawność konwersji mocy na poziomie 50%
Sprawność konwersji mocy na poziomie 50%
Zasilacze impulsowe:
" Wysoki koszt produkcji w porównaniu do zasilaczy liniowych
Wysoki koszt produkcji w porównaniu do zasilaczy liniowych
" Lżejsze i mniejsze niż ich liniowi odpowiednicy
Lżejsze i mniejsze niż ich liniowi odpowiednicy
" Sprawność zasilaczy impulsowych dochodzi nawet do 90%
Sprawność zasilaczy impulsowych dochodzi nawet do 90%
Zasilacze liniowe kontra impulsowe
Zasilacze liniowe kontra impulsowe
Parametr
Parametr Liniowe Impulsowe
0,02%-
Regulacja linii
Regulacja linii 0,05%-0,1%
0,05%
Regulacja
Regulacja
0,02%-0,1% 0,1%-1,0%
obciążenia
obciążenia
Zakłócenia
Zakłócenia 0.5 mV-2 mV 25 mV-100
wyjściowe RMS mVP-P
Zakres napięcia
Ä…10% Ä…20%
wejściowego
Sprawność 40%-55% 60%-90%
Power Density 0.5 W/cu. in. 2W-5W/cu. in.
Transient Recovery 50 µs 300 µs
Czas podtrzymania 2 ms 30 ms
Więc co z tym moim zasilaczem?
Podczas gdy wszystkie zasilacze komputerowe określane są mianem zasilaczy impulsowych, ich
konstrukcja jest nieco bardziej skomplikowana niż ta, przedstawiona wcześniej (była ona bardzo
uproszczona i miała tylko jedną linię wyjściową). Dla dalszych rozważań będziemy używali oficjalnej
specyfikacji ATX12V v2.01
jako wskazówek ogólnych. Od tej pory za każdym razem gdy będziemy mówili o zasilaczu
komputerowym, mamy na myśli zasilacz zgodny z wyżej wspomnianą normą. Nim przejdziemy dalej,
trzeba wyjaśnić, że każdy model zasilacza jest zaprojektowany nieco inaczej i poniższe wyjaśnienia
należy traktować jedynie jako model ogólny. Jest tak wiele możliwych sposobów konstrukcji zasilaczy,
że wyjaśnienie każdego z nich sprawiłoby, że ten artykuł byłby po prostu zbyt długi i niezrozumiały.
Nowoczesne komputery zgodne ze standardem ATX wymagają aby napięcia podawane przez zasilacz
pozostawały w bezpiecznym zakresie (zazwyczaj ą5% wartości nominalnej). Ze względu na fakt, iż
każdy z podzespołów komputera potrzebuje prądu w innym momencie i na różnych liniach, komputer
jako całość stanowi tak zwane obciążenie złożone. Znaczy to, że obciążenie i co za tym idzie prąd na
każdej z linii (+3,3V, +5V, +12V, -12V i +5Vsb) zmienia się w sposób przypadkowy i niezależny. Jak
można sobie z tym poradzić? Pewnie myślicie, że wyposażenie zasilacza w obwód PWM i transformator
dla każdej linii rozwiązałoby sprawę i zapewniło doskonałą stabilizację napięć przy każdej kombinacji
obciążeń. Jednak jeżeli spojrzycie do wnętrza zasilacza komputerowego zobaczycie zazwyczaj tylko
jeden tranzystor polowy i główny transformator (z którego wszystkie linie czerpią prąd). Owszem,
występują również mniejsze transformatory (czasami dwa), które zazwyczaj odpowiedzialne są za
napięcia +5Vsb i -12V. Niskie zapotrzebowanie na prąd tych linii sprawia, że łatwo zaimplementować je
niezależnie od reszty zasilacza.
A więc jak to działa? Na początku prąd przemienny podawany jest do zasilacza i przechodzi przez
warystor (główne zabezpieczenie przed przepięciami), kilka filtrów (aby usunąć szumy), bezpiecznik
(który stanowi najważniejsze zabezpieczenie zasilacza) i pierwszy mostek prostowniczy. Podzespoły te
są widoczne w górnym, prawym rogu zdjęcia (widzimy tam również obcięte kable zasilające). Mostek
prostowniczy to ten czarny prostokątny obiekt najbliżej radiatorów. Ze względu na dość niski prąd
(jednak wysokie napięcie!) prostownik nie wymaga radiatora. Również w tym bloku podłączony będzie
aktywny ,lub pasywny układ PFC - korekcji współczynnika mocy (zajmiemy się nim w dalszej części
tekstu). Następnie prąd przechodzi do dwóch dużych kondensatorów, które widać w dolnym prawym
rogu zdjęcia. Pełnią one rolę bufora, i dbają o to aby wychodzące z nich napięcie było wygładzone przed
podaniem do tranzystorów polowych (MOSFET).
Poniżej mamy trzy ilustracje tego co dzieje się z napięciem przy przechodzeniu przez pierwsze
Poniżej mamy trzy ilustracje tego co dzieje się z napięciem przy przechodzeniu przez pierwsze
segmenty zasilacza.
Następnie układ PWM zamienia prąd na impulsy wysokiej częstotliwości (rząd kHz) o szerokości
Następnie układ PWM zamienia prąd na impulsy wysokiej częstotliwości (rząd kHz) o szerokości
Następnie układ PWM zamienia prąd na impulsy wysokiej częstotliwości (rząd kHz) o szerokości
uzależnionej od obciążenia poprzez tranzystory polowe wysokiej mocy, przymocowane do, widocznych
uzależnionej od obciążenia poprzez tranzystory polowe wysokiej mocy, przymocowane do,
uzależnionej od obciążenia poprzez tranzystory polowe wysokiej mocy, przymocowane do,
na wcześniejszym zdjęciu, radiatorów. W zależności od mocy zasilacza mamy tam dwa lub więcej
na wcześniejszym zdjęciu, radiatorów. W zależności od mocy zasilacza mamy tam dwa lub więcej
na wcześniejszym zdjęciu, radiatorów. W zależności od mocy zasilacza mamy tam dwa lub więcej
mosfetów połączonych równolegle, zachowujących się jak jeden, duży tranzystor (takie rozwiązanie
mosfetów połączonych równolegle, zachowujących się jak jeden, duży tranzystor (takie rozwiązanie
mosfetów połączonych równolegle, zachowujących się jak jeden, duży tranzystor (takie rozwiązanie
daje większą pojemność obciążenia). Następnie tranzystory polowe (wyłączane i włączane z wysoką
daje większą pojemność obciążenia). Następnie tranzystory polowe (wyłączane i włączane z wysoką
częstotliwością przez układ PWM) dostarczają moc do pierwotnych uzwojeń transformatorów
częstotliwością przez układ PWM) dostarczają moc do pierwotnych uzwojeń transformatorów
częstotliwością przez układ PWM) dostarczają moc do pierwotnych uzwojeń transformatorów
widocznych na środku zdjęcia jako żółte obiekty.
widocznych na środku zdjęcia jako żółte obiekty.
Wszystkie napięcia wyjściowe mają swój początek po wtórnej stronie transformatora, po czym zostają
Wszystkie napięcia wyjściowe mają swój początek po wtórnej stronie transformatora, po czym zostają
oczyszczone przez zestaw podwójnych diod Schotkiego, przymocowanych do radiatorów po lewej
oczyszczone przez zestaw podwójnych diod Schotkiego, przymocowanych do radiatorów po lewej
oczyszczone przez zestaw podwójnych diod Schotkiego, przymocowanych do radiatorów po lewej
stronie zdjęcia. Główną zaletą użycia mostków Schotkiego jest bardzo niski spadek napięcia, oraz czas
stronie zdjęcia. Główną zaletą użycia mostków Schotkiego jest bardzo niski spadek napięcia, oraz czas
stronie zdjęcia. Główną zaletą użycia mostków Schotkiego jest bardzo niski spadek napięcia, oraz czas
przełączania bliski zeru (pracują bardzo szybko). Dzięki temu idealnie nadają się one na układy
przełączania bliski zeru (pracują bardzo szybko). Dzięki temu idealnie nadają się one na układy
wyjściowe zasilaczu komputerowych. Po wyprostowaniu napięcie kierowane jest poprzez różne filtry
wyjściowe zasilaczu komputerowych. Po wyprostowaniu napięcie kierowane jest poprzez różne filtry
wyjściowe zasilaczu komputerowych. Po wyprostowaniu napięcie kierowane jest poprzez różne filtry
prądu stałego (pierścienie z owiniętym wokół nich drutem) które działają wraz z kondensatorami, aby
prądu stałego (pierścienie z owiniętym wokół nich drutem) które działają wraz z kondensatorami, aby
prądu stałego (pierścienie z owiniętym wokół nich drutem) które działają wraz z kondensatorami, aby
ostatecznie przefiltrować napięcie z pozostałości zanieczyszczeń prądu zmiennego, oraz magazynować
tecznie przefiltrować napięcie z pozostałości zanieczyszczeń prądu zmiennego, oraz magazynować
tecznie przefiltrować napięcie z pozostałości zanieczyszczeń prądu zmiennego, oraz magazynować
moc.
Ponieważ chcemy uzyskać czysty prąd, dławiki są filtrami dolnoprzepustowymi, niskich częstotliwości.
Ponieważ chcemy uzyskać czysty prąd, dławiki są filtrami dolnoprzepustowymi, niskich częstotliwości.
Ponieważ chcemy uzyskać czysty prąd, dławiki są filtrami dolnoprzepustowymi, niskich częstotliwości.
To może być nieco irytujące, ponieważ aby uchronić się przed dużymi stratami prądu stałego, czasami
To może być nieco irytujące, ponieważ aby uchronić się przed dużymi stratami prądu stałego, czasami
musimy zastosować duże, stare cewki jako induktory. Często dławiki nazywane są po prostu dużymi
musimy zastosować duże, stare cewki jako induktory. Często dławiki nazywane są po prostu dużymi
musimy zastosować duże, stare cewki jako induktory. Często dławiki nazywane są po prostu dużymi
induktorami, gdyż taka jest ich funkcja. Podczas gdy kondensatory odprzęgające pełnią podobną rolę
induktorami, gdyż taka jest ich funkcja. Podczas gdy kondensatory odprzęgające pełnią podobną rolę
induktorami, gdyż taka jest ich funkcja. Podczas gdy kondensatory odprzęgające pełnią podobną rolę
(odcina tętnienie), to jednak celem tego elementu są raczej wysokie częstotliwości.
ie), to jednak celem tego elementu są raczej wysokie częstotliwości.
ie), to jednak celem tego elementu są raczej wysokie częstotliwości.
Sprzężenie zwrotne z różnych linii zasilających jest monitorowane przez obwód kontrolny, którego
Sprzężenie zwrotne z różnych linii zasilających jest monitorowane przez obwód kontrolny, którego
Sprzężenie zwrotne z różnych linii zasilających jest monitorowane przez obwód kontrolny, którego
zadaniem jest takie sterowanie napięcia, aby mieściło się w zadanej normie. Ze względu na fakt, że w
zadaniem jest takie sterowanie napięcia, aby mieściło się w zadanej normie. Ze względu na
zadaniem jest takie sterowanie napięcia, aby mieściło się w zadanej normie. Ze względu na
90% obecnych na rynku zasilaczach komputerowych mamy tylko jeden tranzystor polowy i
90% obecnych na rynku zasilaczach komputerowych mamy tylko jeden tranzystor polowy i
90% obecnych na rynku zasilaczach komputerowych mamy tylko jeden tranzystor polowy i
transformator, każda zmiana obciążenia na jednej linii spowoduje zmianę napięcia na pozostałych
transformator, każda zmiana obciążenia na jednej linii spowoduje zmianę napięcia na pozostałych
transformator, każda zmiana obciążenia na jednej linii spowoduje zmianę napięcia na pozostałych
liniach. Metod i trików używanych przez producentów zasilaczy do stabilizacji napięć istnieje tak wiele,
liniach. Metod i trików używanych przez producentów zasilaczy do stabilizacji napięć istnieje tak wiele,
że opisanie ich w tej chwili zajęłoby zbyt dużo miejsca, a całe rozważania uczyniło zrozumiałe tylko
że opisanie ich w tej chwili zajęłoby zbyt dużo miejsca, a całe rozważania uczyniło zrozumiałe tylko
że opisanie ich w tej chwili zajęłoby zbyt dużo miejsca, a całe rozważania uczyniło zrozumiałe tylko
garstce osób zajmujących się elektroniką. Oczywiście głównym czynnikiem przy dokonywaniu wyboru
garstce osób zajmujących się elektroniką. Oczywiście głównym czynnikiem przy dokonywaniu wyboru
garstce osób zajmujących się elektroniką. Oczywiście głównym czynnikiem przy dokonywaniu wyboru
sposobu stabilizacji napięć są jak zawsze koszty.
ji napięć są jak zawsze koszty.
Głównymi czynnikami przy projektowaniu zasilaczy komputerowych są rozmiar i cena. Użyciu
Głównymi czynnikami przy projektowaniu zasilaczy komputerowych są rozmiar i cena. Użyciu
Głównymi czynnikami przy projektowaniu zasilaczy komputerowych są rozmiar i cena. Użyciu
odrębnego obwodu i komponentów dla każdej linii wyjściowej (tranzystorów polowych,
odrębnego obwodu i komponentów dla każdej linii wyjściowej (tranzystorów polowych,
odrębnego obwodu i komponentów dla każdej linii wyjściowej (tranzystorów polowych,
transformatorów, filtrów, itd...) pozwoliłoby na uzyskanie doskonałej kontroli napięcia pod każdym
...) pozwoliłoby na uzyskanie doskonałej kontroli napięcia pod każdym
...) pozwoliłoby na uzyskanie doskonałej kontroli napięcia pod każdym
obciążeniem, jednak stałoby się niepraktyczne ze względu na rozmiary zasilacza i koszt jego produkcji.
obciążeniem, jednak stałoby się niepraktyczne ze względu na rozmiary zasilacza i koszt jego produkcji.
obciążeniem, jednak stałoby się niepraktyczne ze względu na rozmiary zasilacza i koszt jego produkcji.
To właśnie dlatego specyfikacja ATX12V v2.01 zezwala na ą5% odchyły od wartości pie
To właśnie dlatego specyfikacja ATX12V v2.01 zezwala na ą5% odchyły od wartości pie
To właśnie dlatego specyfikacja ATX12V v2.01 zezwala na ą5% odchyły od wartości pierwotnych, aby
pozostawić pole manewru dla zaspokojenia niepowtarzalnych obciążeń jakie generuje każdy komputer.
pozostawić pole manewru dla zaspokojenia niepowtarzalnych obciążeń jakie generuje każdy komputer.
pozostawić pole manewru dla zaspokojenia niepowtarzalnych obciążeń jakie generuje każdy komputer.
Warto też wspomnieć, że zgodnie z normą "granice regulacji napięć, powinny zostać zachowane przy
Warto też wspomnieć, że zgodnie z normą "granice regulacji napięć, powinny zostać zachowane przy
Warto też wspomnieć, że zgodnie z normą "granice regulacji napięć, powinny zostać zachowane przy
ciągłej pracy, przez dowolny okres czasu, przy warunkach środowiskowych wyszczególnionych w sekcji
piątej". Jeżeli zapisaliście specyfikację na dysku to zaglądając do niej znajdziecie w sekcji piątej
wspomniane warunki. Najważniejszym z nich, jest maksymalna temperatura pracy zasilacza, która
wynosi 50° C. Miejcie tÄ… wartość w pamiÄ™ci, gdyż wrócimy do tego zagadnienia nieco póz
niej.
Najnowsza specyfikacja ATX12V v2.2 ilustruje na poniższym grafie typową regulację krzyżową dla
zasilacza o mocy 400W. W gruncie rzeczy, chodzi o to, że zasilacz zgodny z ATX12V v2.2 musi
zachować wartości wszystkich napięć w granicach 5% toleracji, wewnątrz pola tworzonego przez
niebieskie linie. Oczywiście niektóre zasilacze posiadają większą obciążalność, inne mniejszą, jednak
ogólny kształt grafu pozostaje zawsze podobny do tego poniżej, zmieniają się jedynie liczby.
W dzisiejszych zasilaczach najbardziej obciążana jest linia +12V, są nią zasilane procesory, karty
graficzne, silniki dysków twardych, oraz napędów optycznych. Drugą pod względem wykorzystania jest
linia +3.3V, która używana jest przez komponenty takie jak pamięci, karty graficzne, karty PCI. Linia
+5V, podobnie jak kiedyś linia -5V, powoli przechodzi do lamusa. Jest ona zastępowana przez pozostałe
linie, jednak nadal korzysta z niej dość dużo urządzeń (na przykład USB, niektóre komponenty na płycie
głównej).
Warto pamiętać, że starsze zasilacze tworzone były zgodnie z normą ATX12V v1.3 mają inaczej
wyglądający graf obciążalności krzyżowej. Jest tak dlatego, że wówczas to linia +5V była najważniejsza,
a +12V nie była zbytnio obciążona. Z tego też względu starsze zasilacze mogą nie radzi sobie przy
nowych komponentach żerujących głównie na linii +12V.
Moc wyjściowa zasilacza
Każdy zasilacz komputerowy powinien posiadać ściśle określoną moc wyjściową wyrażoną w Watach. W
pierwszym naszym przykładzie posłużymy się zasilaczem o deklarowanej mocy 470W. Ale zaraz!
Przecież jeżeli dodamy do siebie obciążalności poszczególnych linii uzyskamy nieomal 706W! Co więcej
maksymalna obciążalność na liniach +3.3V i +5V wynoszą 280W, a suma obciążalności każdej z nich to
przecież 312W. Nic się nie zgadza! Zdziwieni?
Powodem, dla którego obciążalność nie sumuje się, jest trójkąt mocy, pomiędzy trzema liniami
zasilającymi (ilustrowany w poprzedniej części). Przypomnijmy, że zmiana obciążenia na jednej linii ma
duży wpływ na maksymalne obciążenie na wszystkich pozostałych liniach. Podczas każdego zadania
komputer pobiera inną moc z każdej linii, dlatego komputer możemy nazywać obciążeniem
dynamicznym, cały czas zmiennym. Warto zapamiętać, aby przy wyborze zasilacza kierować się nie
mocą całkowitą ale obciążalnością linii +12V, gdyż jest to najważniejsza linia. Niektóre zasilacze mają
"przerośniętą" linię +5V, która nie dość, że wpływa na obniżenie sprawności zasilacza, to jeszcze
podbija moc całkowitą i zaciemnia realne korzyści z kupna zasilacza o mocnej linii +5V.
Niestety do dzisiaj nie doczekaliśmy się ustandaryzowania sposobu w jaki producent zasilacza
zobowiązany jest umieszczać informacje na temat parametrów zasilacza. Wez
my na przykład z liczby na
zdjęciu poniżej. Nie wiemy na ich podstawie czy podane liczby są wartościami ciągłymi, czy chwilowymi.
Co więcej, nawet gdyby taka informacja była podana, nadal nie będziemy wiedzieli w jaki sposób
producent definiuje pojęcie mocy ciągłej i szczytowej w porównaniu do konkurencji. Dla jednego
producenta moc maksymalna oznacza moc chwilową przez 30 sekund, podczas gdy dla innego może
oznaczać maksymalna moc ciągłą. Jest to stanowczo zbyt wiele niejasności, a to może zachęcać
niektórych producentów do nieuczciwego oznaczania swoich produktów.
Jeżeli na tabliczce znamionowej nie ma oznaczonych wartości dla maksymalnego, szczytowego, lub
ciągłego obciążenia, wówczas bezpiecznie będzie przyjąć, że obciążalność dla każdej z linii (wyrażona w
amperach) to wartość szczytowa, a połączone wartości (podane w watach) to wartości ciągłe. Jeżeli
chcemy przybliżyć sobie moc ciągłą, jednak znamy tylko moc szczytową (lub w ogóle nie jest opisane
jaka to moc) wówczas dobrze jest przyjąć, że moc ciągła to 80% podanej wartości.
Zdjęcie powyżej jest dobrym przykładem na typowe informacje, które umieszczane są na tabliczkach
znamionowych zasilaczy. Informacji nie jest wiele, jednak są wystarczające aby podjąć świadomą
decyzję o wyborze. Jak widać jest to zasilacz z dwiema liniami +12V, co oznacza zasilacz zgodny z
normą ATX12V v2.0, lub nowszą. Zdjęcie poniżej przedstawia nieco więcej informacji, które mogą być
przydatne, jednak kryją również pewien haczyk. Zasilacz poniżej jest zgodny ze starszą normą -
ATX12V 1.3, która kładła większy nacisk na obciążalność linii +5V. Wybierając zasilacz do własnego
komputera warto zauważyć, że zasilacz poniżej ma wyższą moc całkowitą, jednak różnica wynika
głównie z mocniejszej linii +5V, której nowe komputery zbytnio nie wykorzystują. Dlatego wybierając
zasilacz warto dowiedzieć się z jakiej linii głównie korzysta nasz komputer.
Poniżej znajdziemy za to tabliczkę, która nie podaje w ogóle jaką moc ma zasilacz. Owszem znajdziemy
na niej enigmatyczny napis MAX420 jednak co on oznacza, możemy jedynie zgadywać. Podobnie z
sumarycznymi obciążalnościami dla linii +3.3V i +5V. Jest to piękny przykład na to jak producenci nie
kwapiÄ… siÄ™ z ujawnianiem prawdy.
Aby uniknąć przykrej niespodzianki warto zatem jeszcze raz przyjrzeć się parametrom zasilacza. Trzeba
Aby uniknąć przykrej niespodzianki warto zatem jeszcze raz przyjrzeć się parametrom zasilacza. Trzeba
Aby uniknąć przykrej niespodzianki warto zatem jeszcze raz przyjrzeć się parametrom zasilacza. Trzeba
też wziąć pod uwagę warunki w jakich przyjdzie pracować naszemu zasilaczowi. Wraz ze wzrostem
też wziąć pod uwagę warunki w jakich przyjdzie pracować naszemu zasilaczowi. Wraz ze wzrostem
też wziąć pod uwagę warunki w jakich przyjdzie pracować naszemu zasilaczowi. Wraz ze wzrostem
temperatury może spadać całkowita moc jaką nasz zasilacz może oddać. Jest to główny czynnik, który
e spadać całkowita moc jaką nasz zasilacz może oddać. Jest to główny czynnik, który
e spadać całkowita moc jaką nasz zasilacz może oddać. Jest to główny czynnik, który
odróżnia zasilacze dobrej jakości od takich naśladowników. Tematem wpływu otoczenia na parametry
odróżnia zasilacze dobrej jakości od takich naśladowników. Tematem wpływu otoczenia na parametry
odróżnia zasilacze dobrej jakości od takich naśladowników. Tematem wpływu otoczenia na parametry
zasilacza zajmiemy szerzej się już za chwilę.
zasilacza zajmiemy szerzej się już za chwilę.
Współczynnik mocy
Układ korekcji współczynnika mocy, zwany z angielskiego PFC (od Power Factor Correction), stał się
ekcji współczynnika mocy, zwany z angielskiego PFC (od Power Factor Correction), stał się
ekcji współczynnika mocy, zwany z angielskiego PFC (od Power Factor Correction), stał się
ostatnio bardzo gorącym tematem. Zwłaszcza tutaj w Europie, gdzie PFC jest po prostu wymogiem. Bez
ostatnio bardzo gorącym tematem. Zwłaszcza tutaj w Europie, gdzie PFC jest po prostu wymogiem. Bez
ostatnio bardzo gorącym tematem. Zwłaszcza tutaj w Europie, gdzie PFC jest po prostu wymogiem. Bez
wdawania się zbyt wiele szczegółów współczynnik mocy dotyczy stosunku mocy rzeczywistej do mocy
wdawania się zbyt wiele szczegółów współczynnik mocy dotyczy stosunku mocy rzeczywistej do mocy
pozornej w prÄ…dzie przemiennym. Jak wiadomo w Polsce elektrownie dostarczajÄ… do naszych gniazdek
pozornej w prÄ…dzie przemiennym. Jak wiadomo w Polsce elektrownie dostarczajÄ… do naszych gniazdek
pozornej w prÄ…dzie przemiennym. Jak wiadomo w Polsce elektrownie dostarczajÄ… do naszych gniazdek
prąd o napięciu 230V i częstotliwości 50Hz, przynajmniej tak powinno być. W dalszej części posłużymy
prąd o napięciu 230V i częstotliwości 50Hz, przynajmniej tak powinno być. W dalszej części posłużymy
prąd o napięciu 230V i częstotliwości 50Hz, przynajmniej tak powinno być. W dalszej części posłużymy
siÄ™ po prostu jednofazowym prÄ…dem przemiennym.
Ä…dem przemiennym.
Przy transporcie energii najczęściej wykorzystywanym kształtem fali jest fala sinusowa. Napięcie
Przy transporcie energii najczęściej wykorzystywanym kształtem fali jest fala sinusowa. Napięcie
Przy transporcie energii najczęściej wykorzystywanym kształtem fali jest fala sinusowa. Napięcie
zmienia się w niej od dodatniego do ujemnego kilkadziesiąt razy na sekundę. Właśnie tutaj pojawia się
zmienia się w niej od dodatniego do ujemnego kilkadziesiąt razy na sekundę. Właśnie tutaj pojawia się
zmienia się w niej od dodatniego do ujemnego kilkadziesiąt razy na sekundę. Właśnie tutaj pojawia się
nam wielkość zwana częstotliwością. Jest ona wyrażana w Hertzach (Hz) i określa ilość cykli w ciągu
nam wielkość zwana częstotliwością. Jest ona wyrażana w Hertzach (Hz) i określa ilość cykli w ciągu
sekundy. Aby wiedzieć gdzie jesteśmy na fali sinusowej użyjemy prostej miary kątowej. Jeden pełny
sekundy. Aby wiedzieć gdzie jesteśmy na fali sinusowej użyjemy prostej miary kątowej. Jeden pełny
sekundy. Aby wiedzieć gdzie jesteśmy na fali sinusowej użyjemy prostej miary kątowej. Jeden pełny
cykl to 360°, poÅ‚owa to 180° a jedna czwarta to 90° i tak dalej.
cykl to 360°, poÅ‚owa to 180° a jedna czwarta to 90° i tak dalej.
Pojecie kąta fazowego służy nam do przedstawienia kąta opóz
nienia, lub wyprzedzenia prądu względem
nam do przedstawienia kąta opóz
nienia, lub wyprzedzenia prądu względem
nam do przedstawienia kąta opóz
nienia, lub wyprzedzenia prądu względem
napięcia.
W przypadku obciążenia czysto oporowego kÄ…t fazowy pomiÄ™dzy napiÄ™ciem a prÄ…dem wynosi 0°.
W przypadku obciążenia czysto oporowego kÄ…t fazowy pomiÄ™dzy napiÄ™ciem a prÄ…dem wynosi 0°.
W przypadku obciążenia czysto oporowego kÄ…t fazowy pomiÄ™dzy napiÄ™ciem a prÄ…dem wynosi 0°.
Oznacza to, że napięcie i prąd są zgodne w fazie.
Oznacza to, że napięcie i prąd są zgodne w fazie.
W przypadku obciążenia czysto indukcyjnego kÄ…t fazowy pomiÄ™dzy napiÄ™ciem a prÄ…dem wynosi 90°.
Oznacza to, że napięcie wyprzedza prąd.
W przypadku obciążenia czysto pojemnościowego kąt fazowy pomiędzy napięciem a prądem wynosi -
90°. Oznacza to, że napiÄ™cie jest opóz
nione względem prądu.
Ze względu na bardzo skomplikowaną budowę, większość urządzeń (obciążeń) , które podłączamy do
gniazdka sieciowego, stają się obciążeniami pojemnościowymi, indukcyjnymi (lub ich rodzaj może się
zmieniać wraz ze zmianą trybu działania). Takie złożone obciążenia nazywamy obciążeniami
reaktancyjnymi. Prąd pobierany przez te urządzenia niemal nigdy nie nadąża za napięciem i jest
niezgodny z fazą (tak jak na rysunkach 2 i 3 powyżej). Co więcej na rysunkach widzimy idealną falę,
podczas gdy w rzeczywistości wygląda to zupełnie inaczej. Można powiedzieć, że im bardziej napięcie i
prąd są zgodne w fazie tym wyższy będzie współczynnik mocy i tym mniej mocy pozornej będzie
potrzebne.
Przedstawimy teraz kilka prostych definicji, które pomogą zrozumieć dalszą część tekstu:
Moc czynna.
Moc czynna P, (wyrażana w W) jest miarą energii wykorzystanej przez w 100% przez odbiornik,
zamienionej na pracę, wydzielonej w odbiorniku na rezystancji R. Definiujemy ją jako iloczyn wartości
skutecznych napięcia i prądu oraz cosinusa kata przesunięcia fazowego napięciem i prądem.
Odbiorniki jednofazowe: P = U I cosĆ
gdzie: Uf If - wartości skuteczne napięć i prądów fazowych, U I - wartości skuteczne napięć i prądów
przewodowych.
Jest rozpraszana (zużywana) przez obciążenie
Wyrażamy ją w Watach (W)
Moc bierna
Moc bierna Q ( wyrażana w VAr) nie zostaje zamieniona w urządzeniach odbiorczych na pracę
użyteczną, w jaką zostaje zamieniona moc czynna. Jest ona miarą energii pulsującej między elementem
indukcyjnym /L/ i pojemnościowym /C/ odbiornika a z
ródłem energii elektrycznej. Moc ta znacznej
mierze obciąża z
ródło prądu, co powoduje dodatkowe straty ciepła. Moc bierna jest równa iloczynowi
wartości skutecznych napięcia i prądu oraz sinusa kąta przesunięcia fazowego między napięciem i
prÄ…dem:
Odbiorniki jednofazowe:
Q = U I sinĆ
gdzie:
U I - wartości skuteczne napięć i prądów przewodowych.
Moc pozorna
Moc pozorna S ( wyrażana w VA) jest geometryczną sumą mocy pobieranych przez odbiornik.
Występuje jako moc znamionowa generatorów i transformatorów. Wyrażamy ja jako iloczyn wartości
skutecznych napięcia i prądu:
Odbiorniki jednofazowe:
S = U I
gdzie:
U I - wartości skuteczne napięć i prądów przewodowych.
Współczynnik mocy
Moc czynną, bierną i pozorną można przedstawić graficznie w postaci trójkąta prostokątnego, zwanego
trójkątem mocy. Z trójkąta tego wynika, że współczynnik mocy (oznaczany z angielskiego PF, od Power
Factor) jest stosunkiem mocy czynnej do pozornej:
PF = cosĆ = P / S
Odbiorniki prÄ…du przemiennego pobierajÄ… ze z
ródła moc pozorną S, a oddają na zewnątrz moc czynną P
w postaci energii cieplnej lub mechanicznej. Współczynnik mocy cosĆ jest więc miarą wykorzystania
energii.
W przypadku obciążenia o naturze czysto oporowego współczynnik mocy jest równy jedności. Co
oznacza przypadek idealny, ponieważ moc bierna jest równa zeru. W przypadku pozostałych dwóch
rysunków (obciążenia indukcyjne i pojemnościowe) udział rezystancji jest zerowy, a co za tym idzie
współczynnik mocy jest również zerowy. Każda inna wartość współczynnika mocy (większa od 0 i
mniejsza od 1) oznacza, że przewody muszą nieść więcej prądu niż jest to potrzebne. Pociąga to za
sobą konieczność instalowania grubszych przewodów.
Ponieważ moc przekazywana od elektrowni do naszych gniazdek jest sumą mocy czynnej i biernej, w
przypadku niskiego współczynnika mocy linie transmisyjne mogą być pod dość dużym obciążeniem (jest
to obecnie poważny problem w USA i w Chinach). Muszą one nieść naddatek mocy poprzez linie
transmisyjne do naszych domów tylko po to aby zostać odbity powrotem do sieci energetycznej,
zamieniając się w pojemnościowe śmieci. Co więcej poprzez przewody w domu płynie tyle amper na
obwód, że nie jest w stanie zasilać zbyt wielu urządzeń przy niskim współczynniku mocy. Ogólnie im
wyższy współczynnik mocy, tym mniej obciążona sieć, i tym więcej urządzeń można nią zasilać. Jest
jeszcze jeden, ekologiczny aspekt tej sprawy. Im niższy współczynnik mocy tym więcej przysłowiowego
węgla trzeba spalić aby dostarczyć tą samą ilość mocy czynnej.
A teraz czas na nasze ulubione pytanie. "Czy muszę płacić za tą całą moc pozorną?" Odpowiedz
brzmi -
w Polsce jeszcze nie. Liczniki mierzą moc czynną, a nie pozorną, dlatego na razie nie będzie różnicy w
wysokości rachunków. Przeciętny Kowalski zapłaci tyle samo jeżeli jego zasilacz będzie miał układ PFC,
jak i wówczas gdy go mieć nie będzie. Jednak obserwując zachowania firm energetycznych za granicą
(USA, UE) zauważalny jest trend do obciążania użytkowników domowych dodatkową opłatą, w
przypadku gdy ich współczynnik mocy jest zbyt niski.
Korekcja współczynnika mocy
Jak wiemy korekcja współczynnika mocy może odbywać się zarówno w sposób aktywny jak i pasywny.
Pamiętacie jak niedawno pisaliśmy na temat tego jak moc przekazywana jest przez zasilacz? Jednymi z
pierwszych elementów przez które kierowany jest prąd były dwa wielkie kondensatory, tuż przed
głównym tranzystorem polowym. Te kondensatory w sposób naturalny zachowują się jako obciążenie
pojemnościowe. Dlatego aby wyrównać wywoływane przez nie przesunięcie fazy, będziemy potrzebowali
odpowiednią ilość obciążenia indukcyjnego w postaci dławików. Odwrotnie, jeżeli obciążenie jest
bardziej indukcyjne, naturalną reakcją będzie dodanie kondensatora. W teorii brzmi to prosto i
logicznie, jednak w zależności od skomplikowania urządzenia, pasywne PFC może nie być wystarczająco
wydajne, lub nie działać tak jak zamierzono. W zasilaczach komputerowych spotykamy się z trzema
sytuacjami.
Zasilacze bez PFC
Jest to wersja zasilacza, której niepowinniśmy obecnie zastać w sklepie na terenie Polski. Zgodnie z
dyrektywami Unii Europejskiej nie można sprzedawać na jej terenie zasilaczy bez układu PFC o mocy od
75 do 1000 W. Regulację tą wprowadziła w krajach Unii Europejskiej dyrektywa przedstawiona w
normie EN61000-3-2. Warto pamiętać, że zasilacze pozbawione PFC, z punktu widzenia użytkownika
pracują tak samo dobrze (a nawet lepiej) niż zasilacze posiadające PFC. Jednak właściciele elektrowni
będą mieli inne zdanie.
Pasywne PFC
Współczynnik mocy zasilaczy z tym elementem jest nieznacznie niższy od zasilaczy z aktywnym PFC.
Układ pasywnego PFC jest ustawiony na stałe na określone obciążenie przez co nieco obniża się jego
efektywność w stosunku do elementu aktywnego, jeżeli obciążenie jest inne niż przewidziano przy
projektowaniu zasilacza. W większości przypadków takie rozwiązanie w zupełności się sprawdza.
Zasilacze z pasywnym PFC uzyskują, współczynnik mocy wyższy od ich braci pozbawionych układu PFC
- około 0,80 - 0,95. Co jest już bardzo dobrym wynikiem. Przy okazji zakłócenia harmoniczne
powracajÄ…ce do sieci energetycznej sÄ… niewielkie.
Aktywne PFC
Układ aktywnego PFC jest niczym innym, jak kolejnym układem przełączającym umieszczonym tuż
przed głównym układem przełączającym w zasilaczach. Przełącza on moc bez użycia kondensatorów i
zapewnia bardziej stałe napięcie do głównego obwodu przełączającego niż miałoby to miejsce normalnie
w przypadku zasilaczy bez PFC.
Jak widać na ilustracji poniżej, zasilacze z aktywnym PFC uzyskują, współczynnik mocy najbardziej
zbliżony do jedności - około 0,90 od 0,99. Fazy napięcia i prądu są sobie nieomal równe. Pociąga to za
sobą najlepsze wykorzystanie energii elektrycznej, oraz relatywnie niewielkie zakłócenia harmoniczne
powracajÄ…ce do sieci energetycznej.
Układ aktywnego PFC pozwala także na takie wydatkowanie mocą, że model kupiony z dużą rezerwą
zużywa mniej mocy pozornej niż model bez układu PFC. Zasilacze wyposażone w układ aktywnego PFC
mogą kompensować przesunięcie fazowe dynamicznie przez co np. podczas startu komputera kiedy to
pobór mocy jest największy, w tym krytycznym momencie napięcia podawane są bez ich spadków co
zapewnia poprawny start. Zdarza się bowiem, że zbyt słaby zasilacz nie jest w stanie podać
wystarczającej mocy startowej dla komputera, choć jest w stanie zasilić komputer w pracy ciągłej.
Czy to znaczy, że zasilacz aktywnym PFC ma lepszą sprawność? Nie! Z technicznego punktu widzenia
jest to kolejny obwód do zasilenia, dlatego zasilacze z układem PFC mogą być czasem mniej sprawne od
ich braci pozbawionych PFC. Jednak wywołany tym spadek sprawności jest tak znikomy, że korzyści
płynące z aktywnego PFC z łatwością przeważają szale nad jego minusami. Warto rozróżniać i rozumieć
pojęcia "Współczynnik mocy" i "Sprawność", gdyż są to dwie różne rzeczy.
Moc zasilacza a zużycie pradu
Załóżmy, że mamy dwa zasilacze o takich samych parametrach i różniących się tylko mocą. Pierwszy z
nich posiada moc 350W, a drugi moc 500W. Jeżeli podłączymy każdy z nich do takiego samego
komputera (obciążęnia) to obydwa zasilacze będą pobierały identyczną ilość prądu z gniazdka
elektrycznego. Mitem jest więc twierdzenie, że im większą moc zasilacza tym więcej prądu pobiera z
sieci. Jest tak dlatego, że "moc" zasilacza oznacza jakie maksymalne obciążenie może wytrzymać, a nie
ile mocy cały czas dostarcza.
Sprawność zasilaczy impulsowych
Sprawność zasilacza określa wyrażony w procentach stosunek mocy prądu stałego podawanego na
wyjściu zasilacza, do mocy prądu przemiennego wchodzącego do zasilacza. W większości wypadków
jest ona wyrażana w procentach od 0% do 100%. Ideałem byłby zasilacz o sprawności równej 100%,
jednak takich zasilaczy nie da się zbudować. Przy kupnie zasilacza warto zwrócić uwagę na sprawność
zasilacza (im większa tym lepiej) i unikać jak ognia zasilaczy o niskiej sprawności.
Załóżmy, że nasz zasilacz o mocy 400W posiada przy pełnym obciążeniu sprawność 75%. Oznacza to
że, aby dostarczyć nam 400W mocy, musi on pobrać z gniazdka aż 500W. Różnica pomiędzy
dostarczanÄ… mocÄ…, a mocÄ… pobieranÄ… z gniazdka wynosi 100W i jest tracona do otoczenia jako
promieniowanie (cieplne i elektromagnetyczne).
Ta dodatkowa, utracona moc będzie też doliczona do naszego rachunku za prąd, nie wspominając o
tym, że trzeba zadbać o jej odprowadzenie na zewnątrz zasilacza. Tak więc tani zasilacz może być
atrakcyjny na pierwszy rzut oka, jednak po chwili zastanowienia okaże się, że będziemy musieli zapłacić
za niego jeszcze kilka razy w postaci wyższych rachunków za prąd. Naprawdę przy kupnie zasi
za niego jeszcze kilka razy w postaci wyższych rachunków za prąd. Naprawdę przy kupnie zasi
za niego jeszcze kilka razy w postaci wyższych rachunków za prąd. Naprawdę przy kupnie zasilacza
warto wybrać najbardziej sprawny zasilacz, na jaki nas stać.
warto wybrać najbardziej sprawny zasilacz, na jaki nas stać.
Poniżej znajduje się tabela zawarta w specyfikacji ATX12V v2.2 wyrażająca wymagane i
Poniżej znajduje się tabela zawarta w specyfikacji ATX12V v2.2 wyrażająca wymagane i
Poniżej znajduje się tabela zawarta w specyfikacji ATX12V v2.2 wyrażająca wymagane i
rekomendowane, minimalne poziomy sprawności dla zasilaczy komputerowych.
rekomendowane, minimalne poziomy sprawności dla zasilaczy komputerowych.
Większość nowoczesnych zasilaczy osiąga obecnie sprawności na poziomie ~75% przy typowym
zasilaczy osiąga obecnie sprawności na poziomie ~75% przy typowym
zasilaczy osiąga obecnie sprawności na poziomie ~75% przy typowym
obciążeniu (~250W), lepsze osiągają wartości zbliżone do ~85%. Im wyższa sprawność zasilacza, tym
obciążeniu (~250W), lepsze osiągają wartości zbliżone do ~85%. Im wyższa sprawność zasilacza, tym
obciążeniu (~250W), lepsze osiągają wartości zbliżone do ~85%. Im wyższa sprawność zasilacza, tym
mniej on ciepła generuje i tym mniej chłodzenia wymaga. Dlatego zasilacze posiadające bardzo
mniej on ciepła generuje i tym mniej chłodzenia wymaga. Dlatego zasilacze posiadające bardzo
mniej on ciepła generuje i tym mniej chłodzenia wymaga. Dlatego zasilacze posiadające bardzo wysoką
sprawność często stanowią podstawę do budowy zasilaczy chłodzonych pasywnie i pół
sprawność często stanowią podstawę do budowy zasilaczy chłodzonych pasywnie i pół
sprawność często stanowią podstawę do budowy zasilaczy chłodzonych pasywnie i pół-pasywnie.
Warunki pracy
Zasilacze komputerowe tworzone są z myślą o pracy w warunkach, które nie zawsze są optymalne.
Zasilacze komputerowe tworzone są z myślą o pracy w warunkach, które nie zawsze są optymalne.
Zasilacze komputerowe tworzone są z myślą o pracy w warunkach, które nie zawsze są optymalne.
Większość miłośników komputerów dba o dobrą wentylację wewnątrz obudowy, jednak niektórzy
Większość miłośników komputerów dba o dobrą wentylację wewnątrz obudowy, jednak niektórzy
integratorzy sprzętu, oraz użytkownicy serwerów zmuszają sprzęt do ciągłej pracy w górnym zakresie
integratorzy sprzętu, oraz użytkownicy serwerów zmuszają sprzęt do ciągłej pracy w górnym zakresie
integratorzy sprzętu, oraz użytkownicy serwerów zmuszają sprzęt do ciągłej pracy w górnym zakresie
warunków dozwolonych przez specyfikację.
warunków dozwolonych przez specyfikację.
Ciepło jest najgorszym wrogiem zasilaczy. Każdy podzespół zasilacza osiąga charakterystykę pracy przy
Ciepło jest najgorszym wrogiem zasilaczy. Każdy podzespół zasilacza osiąga charakterystykę pracy przy
z góry określonej temperaturze, która najczęściej nie pokrywa się z temperaturą w której musi
z góry określonej temperaturze, która najczęściej nie pokrywa się z temperaturą w której musi
z góry określonej temperaturze, która najczęściej nie pokrywa się z temperaturą w której musi
pracować (zwłaszcza pod większym obciążeniem). Wraz ze wzrostem temperatury maleje nam
pracować (zwłaszcza pod większym obciążeniem). Wraz ze wzrostem temperatury maleje nam
pracować (zwłaszcza pod większym obciążeniem). Wraz ze wzrostem temperatury maleje nam
pojemność, wzrasta opór i ostatecznie powstaje ryzyko uszkodzenia danego elementu. Większość osób
pojemność, wzrasta opór i ostatecznie powstaje ryzyko uszkodzenia danego elementu. Większość osób
nie myśli o tym, że w zależności od temperatury wewnątrz obudowy ich zasilacz może, lub nie może
nie myśli o tym, że w zależności od temperatury wewnątrz obudowy ich zasilacz może, lub nie może
nie myśli o tym, że w zależności od temperatury wewnątrz obudowy ich zasilacz może, lub nie może
pracować z pełną sprawnością (zależy to od jakości wykonania zasilacza).
pracować z pełną sprawnością (zależy to od jakości wykonania zasilacza).
Zgodnie z normą ATX12V v2.01 zasilacz powinien być w stanie pracować i zachować stabilność pod
zasilacz powinien być w stanie pracować i zachować stabilność pod
zasilacz powinien być w stanie pracować i zachować stabilność pod
peÅ‚nym obciążeniem w temperaturze 50° C. Niestety najczęściej sÄ… to tylko pobożne życzenia twórców
peÅ‚nym obciążeniem w temperaturze 50° C. Niestety najczęściej sÄ… to tylko pobożne życzenia twórców
peÅ‚nym obciążeniem w temperaturze 50° C. Niestety najczęściej sÄ… to tylko pobożne życzenia twórców
normy ATX. Wielu producentów zdaje się pomijać ten fragment przy oznaczaniu mocy swoich
normy ATX. Wielu producentów zdaje się pomijać ten fragment przy oznaczaniu mocy swoich
normy ATX. Wielu producentów zdaje się pomijać ten fragment przy oznaczaniu mocy swoich
wynalazków, co skutkuje przegrzaniem zasilacza i wyłączeniem przy pełnym obciążeniu daleko przed
alazków, co skutkuje przegrzaniem zasilacza i wyłączeniem przy pełnym obciążeniu daleko przed
alazków, co skutkuje przegrzaniem zasilacza i wyłączeniem przy pełnym obciążeniu daleko przed
zbliżeniem siÄ™ do temperatury 50° C. WidzieliÅ›my już wiele zasilaczy, których moc podawana byÅ‚a przy
zbliżeniem siÄ™ do temperatury 50° C. WidzieliÅ›my już wiele zasilaczy, których moc podawana byÅ‚a przy
zbliżeniem siÄ™ do temperatury 50° C. WidzieliÅ›my już wiele zasilaczy, których moc podawana byÅ‚a przy
temperaturze 25° C. Jak Å‚atwo siÄ™ domyÅ›leć zasilacz taki nie wytrzymywaÅ‚ dÅ‚ugo gdy temperatura
temperaturze 25° C. Jak Å‚atwo siÄ™ domyÅ›leć zasilacz taki nie wytrzymywaÅ‚ dÅ‚ugo gdy temperatura
wzrastała. Jedynym rozwiązaniem było obniżenie temperatury otoczenia, zmniejszenie obciążenia, lub
wzrastała. Jedynym rozwiązaniem było obniżenie temperatury otoczenia, zmniejszenie obciążenia, lub
wzrastała. Jedynym rozwiązaniem było obniżenie temperatury otoczenia, zmniejszenie obciążenia, lub
kupno lepszego zasilacza.
Waga zasilaczy
Niektórzy ludzie uważają, że waga zasilacza jest istotnym czynnikiem. Jeżeli zasilacz jest cięższy to
Niektórzy ludzie uważają, że waga zasilacza jest istotnym czynnikiem. Jeżeli zasilacz jest cięższy to
znaczy, że jest lepszy. Prawda? Otóż nie do końca! Owszem porównując ze sobą zasilacze z najniższej
znaczy, że jest lepszy. Prawda? Otóż nie do końca! Owszem porównując ze sobą zasilacze z najniższej
znaczy, że jest lepszy. Prawda? Otóż nie do końca! Owszem porównując ze sobą zasilacze z najniższej
półki (które wewnątrz są nieomal puste) z zasilaczami z górnej półki, naturalnie okaże się, że lepszy
półki (które wewnątrz są nieomal puste) z zasilaczami z górnej półki, naturalnie okaże się, że lepszy
półki (które wewnątrz są nieomal puste) z zasilaczami z górnej półki, naturalnie okaże się, że lepszy
zasilacz waży więcej i to często o 1, 2 a nawet o 3kg! Jednak pozostawmy przypadki skrajne i zajmijmy
o 1, 2 a nawet o 3kg! Jednak pozostawmy przypadki skrajne i zajmijmy
o 1, 2 a nawet o 3kg! Jednak pozostawmy przypadki skrajne i zajmijmy
się przedziałem zasilaczy w okolicach 150zł - 300zł. Różnice w ciężarze tych zasilaczy oscylują w
się przedziałem zasilaczy w okolicach 150zł 300zł. Różnice w ciężarze tych zasilaczy oscylują w
okolicach jednego kilograma. I waga zasilacza ma w takim przypadku mało wspólnego z jako
okolicach jednego kilograma. I waga zasilacza ma w takim przypadku mało wspólnego z jako
okolicach jednego kilograma. I waga zasilacza ma w takim przypadku mało wspólnego z jakością jego
wykonania.
Jeżeli odejmiemy wagę przewodów i obudowy zasilacz to pozostaje nam naprawdę niewiele. Największa
Jeżeli odejmiemy wagę przewodów i obudowy zasilacz to pozostaje nam naprawdę niewiele. Największa
Jeżeli odejmiemy wagę przewodów i obudowy zasilacz to pozostaje nam naprawdę niewiele. Największa
masa będzie kryła się w transformatorach, które jak wiadomo są miedzianymi drutami nawiniętymi na
masa będzie kryła się w transformatorach, które jak wiadomo są miedzianymi drutami nawiniętymi na
masa będzie kryła się w transformatorach, które jak wiadomo są miedzianymi drutami nawiniętymi na
metalowy rdzeń, oraz radiatorach (do których mocowane są tranzystory i diody). Jednak radiatory
metalowy rdzeń, oraz radiatorach (do których mocowane są tranzystory i diody). Jednak radiatory
wykonane są zazwyczaj z aluminium, który jest metalem z natury lekkim. Warto również pamiętać, że
wykonane są zazwyczaj z aluminium, który jest metalem z natury lekkim. Warto również pamiętać, że
wykonane są zazwyczaj z aluminium, który jest metalem z natury lekkim. Warto również pamiętać, że
każdy producent zasilaczy ma swój własny projekt, więc ciężar poszczególnych części wewnątrz możne
każdy producent zasilaczy ma swój własny projekt, więc ciężar poszczególnych części wewnątrz możne
każdy producent zasilaczy ma swój własny projekt, więc ciężar poszczególnych części wewnątrz możne
znacząco różnić się zależnie od modelu.
nacząco różnić się zależnie od modelu.
Skoncentrujmy się na teraz tranzystorach polowych (element, który przełącza moc). Jest to jeden z
Skoncentrujmy się na teraz tranzystorach polowych (element, który przełącza moc). Jest to jeden z
Skoncentrujmy się na teraz tranzystorach polowych (element, który przełącza moc). Jest to jeden z
najważniejszych elementów zasilacza, a jego waga jest znikoma. Rozmiar jest również niewielki, a do
najważniejszych elementów zasilacza, a jego waga jest znikoma. Rozmiar jest również niewielki, a do
najważniejszych elementów zasilacza, a jego waga jest znikoma. Rozmiar jest również niewielki, a do
wyboru mamy setki różnych modeli. Główna różnica pomiędzy nimi kryje się w parametrach, które
różnych modeli. Główna różnica pomiędzy nimi kryje się w parametrach, które
różnych modeli. Główna różnica pomiędzy nimi kryje się w parametrach, które
wynikają z oszczędności podczas produkcji. Tani tranzystor może generować więcej ciepła (przez co
wynikają z oszczędności podczas produkcji. Tani tranzystor może generować więcej ciepła (przez co
wynikają z oszczędności podczas produkcji. Tani tranzystor może generować więcej ciepła (przez co
będzie wymagał większego i cięższego radiatora), przy czym będzie miał niższą moc niż podobny,
będzie wymagał większego i cięższego radiatora), przy czym będzie miał niższą moc
będzie wymagał większego i cięższego radiatora), przy czym będzie miał niższą moc
jednak droższy tranzystor wysokiej klasy (który będzie potrzebował mniejszego i lżejszego radiatora).
jednak droższy tranzystor wysokiej klasy (który będzie potrzebował mniejszego i lżejszego radiatora).
jednak droższy tranzystor wysokiej klasy (który będzie potrzebował mniejszego i lżejszego radiatora).
Podobnie sytuacja będzie wyglądała w przypadku diod.
Podobnie sytuacja będzie wyglądała w przypadku diod.
Inne komponenty zasilacza takie jak diody, rezystory i dławiki nie wymagają żadnych radiatorów i są
względnie lekkie. Ich jakość można ocenić tylko nad podstawie marki producenta, modelu, oraz
parametrów.
Cięcie kosztów
Jak wiadomo w dalszym ciągu, największa ilość sprzedawanych zasilaczy należy do segmentu low-end,
w którym znajdują się zasilacze o stosunku ceny do mocy nie przekraczającej 0,45zł/W (100zł za 300W,
210zł za 500W itd.). Dlatego wielu producentów wciąż poszukuje najróżniejszych sposobów na
obniżenie cen swoich produktów.
Najczęściej spotykanym trikiem są oszczędności na układzie chłodzącym. Bardzo prostym sposobem na
odchudzenie zasilacza jest zmuszenie powietrza aby przepływało szybciej przez wnętrze zasilacza,
poprzez zamontowanie szybko-obrotowego wentylatora. Oczywiście przekłada się to bezpośrednio na
poziom hałasu generowanego przez taki zasilacz. Jest to odwieczna walka pomiędzy kosztami produkcji,
a takimi parametrami jak sprawność, rzeczywista moc i bezpieczeństwo. Naturalnie komponenty
wysokiej klasy układów chłodzących są droższe od swoich odpowiedników z aluminiowej blachy i
taniego wentylatora. Uproszczając - im tańszy jest zasilacz, tym niższa jest jego sprawność, tym
większa jest też ilość ciepła jaką generuje, oraz lepszego chłodzenia wymaga.
Rzeczy na które na pewno warto zwrócić uwagę przy zakupie zasilacza to rodzaj wentylatora, grubość
przewodów, oraz styki złącz zasilających. A
atwo się domyśleć, że im więcej wentylatorów, oraz im
wyższa jest ich prędkość tym więcej powietrza będzie tłoczone przez zasilacz (co odbywa się zawsze
kosztem ciszy). Kolejnym sposobem redukcji kosztów przez wielu producentów jest używanie cieńszych
przewodów. Grubość przewodów oznaczana jest za pomocą AWG (im wyższa liczba tym cieńszy
przewód). Dla wiązki ATX12V 24-pin standardem jest 16AWG, a dla reszty przewodów 18AWG, jednak
bardzo często w zasilaczach spotykamy przewody 20AWG i 22AWG. Jest to o tyle niepokojące zjawisko,
że im cieńszy przewód tym większa szansa, że przy większym obciążeniu przegrzeje się i uszkodzi. W
końcu mamy styki złącz zasilających, które mogą być pokryte cyną, lub złotem. Oczywiście pozłacane
styki zapewniają najlepszy kontakt, trwałość, oraz przewodnictwo, a wszystko to za dodatkowym
kosztem. Więc nie znajdziemy ich nigdy w tanich zasilaczach. Wszystkie te cechy przekładają się na
komfort użytkowania zasilacza a ich waga zależy od indywidualnej oceny.
Podsumowanie
Mam nadzieję, że przewodnik ten pomógł chociaż trochę rozjaśnić podstawy działania zasilaczy
komputerowych. Będzie on cały czas aktualizowany, aby zapewnić jak najbardziej pełną informację w
przystępny sposób.
Wiemy teraz, że z powodu skomplikowania komputerów, oraz ich funkcji, prawidłowy dobór zasilacza
jest sprawą podstawową. Wydajne karty graficzne (zwłaszcza, gdy pracują w trybie SLI) wymagają
dużych ilości prądu, oraz stabilnych napięć do poprawnej pracy. Wiele nowoczesnych kart wymaga
nawet własnego z
ródła zasilania w postaci prądu z linii +12V, jednak nie dajmy się zwariować.
Większości z nas wystarczy markowy zasilacz o mocy około 350 do 400 Wat i mocnej linii +12V.
Jedynym pożytkiem z kupna mocniejszego zasilacza, będzie w takim przypadku jego cichsza praca,
wynikająca z mniejszego obciążenia.