Zasilacz jest urządzeniem przetwarzającym wysokie napięcie przemienne (AC - Alternating Current) na niskie napięcie stałe (DC - Direct Current) wykorzystywane przez komputer. Zasilacze różnią się zarówno rozmiarami, jak i złączami zasilającymi. Poszczególne typy zasilaczy są stosowane z płytami odpowiedniego formatu i w obudowach zgodnych z tym formatem.

Format płyty głównej	Stosowany typ zasilacza	Alternatywny typ zasilacza
Baby AT	LPX	Baby AT, AT/Tower, AT/Desktop
LPX	LPX	Brak
ATX	ATX	Brak
Micro-ATX	ATX	SFX
NLX	ATX	Brak

Niektóre płyty główne są zaprojektowane do współpracy z zasilaczami zarówno typu LPX, jak i ATX. Zalecane jest jednak stosowanie zasilaczy ATX, które cechują się bezpieczniejszą instalacją, lepszym systemem chłodzenia i możliwością sterowania funkcjami zarządzania energią.

Typ zasilacza	Napięcie wyjściowe	Rodzaj złącza zasilania płyty głównej	Inne cechy
LPX	5V, 12V	Dwa wtyki po 6 końcówek każdy	Możliwość pomyłki podczas podłączania zasilania do płyty głównej
ATX	3,3V, 5V, 12V	Jedna wtyczka z dwudziestoma końcówkami	Wykluczona możliwość pomyłki podczas podłączania zasilania do płyty głównej, obsługa funkcji uśpienia (automatyczna lub ręczna)

LPX:

ATX:

Napięcia:

Napięcie	Urządzenie
+ 3,3V	Chipset, pamięć DIMM, karty AGP i PCI
+ 5V	Elektronika stacji dysków, pamięć SIMM, karty PCI i AGP, karty ISA, regulatory napięcia
+ 12V	Silniki, napędy, regulatory wysokiego napięcia

Komponent	Standardowy pobór mocy
Procesor	60W – 150W
Karta graficzna	10W – 30W
Napędy optyczne	10W – 20W
Chipset płyty głównej	20W
Dysk twardy	6W – 10W
Wentylator chłodzący	3W
Moduł pamięci	4W – 6W
Karta rozszerzeń PCI	3W – 5W
Podzespoły płyty głównej	4W
Złącze PS/2	1W

Zasilacz LPX (AT):

Zasilacz ATX:

Zabezpieczenia zasilacza ATX:

• OVP – Over Voltage Protection jest to zabezpieczenie wymagane przez normę ATX12V. Zabezpiecza ono przed zbyt wysokim napięciem na linii wyjściowej i uszkodzeniem zasilanych podzespołów.

• UVP – Under Voltage Protection zabezpiecza przed zbyt niskim napięciem na liniach wyjściowych. Jest spotykane znacznie rzadziej niż OVP, ponieważ zbyt niskie napięcie nie uszkadza zasilanych podzespołów, może jednak wpłynąć negatywnie na ich stabilność.

• OCP – Over Current Protection zabezpiecza przed zbyt wysokim prądem na linii. Zapobiega przeciążeniu stabilizatora, co mogłoby spowodować uszkodzenie zasilacza. Zabezpieczenie to wymagane jest przez normę ATX12V.

• OLP – Over Load Protection zabezpiecza przed przeciążeniem całego urządzenia (nie ograniczając się do poszczególnych linii). Spotykana jest także inna nazwa tego zabezpieczenia – OPP, Over Power Protection.

• OTP – Over Temperature Protection zabezpiecza przed przegrzaniem zasilacza, często związane jest z OLP. Zabezpieczenie to wymagane jest przez normę ATX12V.

• SCP – Short Circuit Protection jest to zabezpieczenie przeciwzwarciowe, po wykryciu zwarcia odłącza zasilacz. Jako zwarcie przyjmuje się opór mniejszy niż 0,1Ω. Każdy zasilacz musi posiadać to zabezpieczenie.

• IOVP – Input Over Voltage Protection zabezpiecza zasilacz przed zbyt wysokim napięciem wejściowym. Stosowane jest głównie w zasilaczach z manualnym przełącznikiem napięcia sieciowego.

• IUVP – Input Under Voltage Protection zabezpiecza zasilacz przed zbyt niskim napięciem wejściowym. Stosowane jest głównie w zasilaczach z manualnym przełącznikiem napięcia sieciowego.

Zasilacz impulsowy

Zasilacz, którego zasadniczym elementem jest impulsowa przetwornica napięcia.

Pierwsza sekcja zasilacza składa się z prostownika (zwykle mostka Graetza) i kondensatorów wygładzających tętnienia. Napięcie stałe dociera do sekcji kluczującej. W zasilaczach impulsowych jako klucze wykorzystuje się tranzystory, przełączane między stanem nasycenia i zatkania przy pomocy impulsów sterujących o zmiennym współczynniku wypełnienia. Utworzony w ten sposób przebieg prostokątny trafia na pierwotne uzwojenie transformatora. Częstotliwość impulsów (dochodząca do setek kHz) jest o wiele większa od częstotliwości sieci energetycznej, dzięki temu transformatory stosowane w zasilaczach impulsowych mogą być znacznie mniejsze niż w przypadku tradycyjnych zasilaczy transformatorowych. Napięcie wychodzące z uzwojenia wtórnego trafia do prostownika złożonego z diod pracujących z dużą częstotliwością. Tętnienia napięcia są wygładzane przez dławiki i kondensatory o dużej pojemności. Często stosuje się transformatory o kilku uzwojeniach wtórnych, co pozwala zwiększyć ilość dostępnych napięć wyjściowych.

Wyróżnia się następujące topologie zasilaczy impulsowych:

• FlyBack (dwutaktowy z gromadzeniem energii w rdzeniu), gdzie klucz tranzystorowy poprzez uzwojenie pierwotne ładuje rdzeń transformatora posiadającego szczelinę powietrzną. Kiedy tranzystor zostaje wyłączony rdzeń oddaje energię poprzez indukcję na uzwojenie wtórne. Częstotliwość ładowania jest stała ale jego czas jest kontrolowany przez układ elektroniczny i jest zależny od obciążenia po stronie wtórnej. Topologia FlyBack wykorzystywana jest głównie w zasilaczach małej mocy np. w ładowarkach do telefonów komórkowych.

• Half bridge i Full brigde to układy pod względem konstrukcyjnym podobne do transformatora sieciowego, do działania potrzebują napięcia przemiennego na uzwojeniu pierwotnym, jednak przebieg napięcia nie jest sinusoidalny lecz prostokątny, generowany przez 2 (half-bridge) lub 4 (full-bridge) tranzystory, ponieważ nie ma takiej potrzeby, zmniejsza to także straty i upraszcza układ. Parametry przebiegu są regulowane przez układ scalony w celu utrzymania stałego napięcia po stronie wtórnej w zależności od obciążenia. Do przełączania napięcia tranzystorami wykorzystuje się podział napięcia po mostku Graetza , za pomocą 2 kondensatorów połączonych szeregowo względem siebie, włączonych równolegle do napięcia. Dzięki temu otrzymuje się układ napięć taki jak w zasilaczu symetrycznym. Układ pół-mostkowy wykorzystywany jest w zasilaczach komputerowych przy mocach dochodzących do kilkuset watów

Zalety zasilacza impulsowego:

• małe rozmiary oraz niewielka waga, przy dużej mocy,

• zabezpieczenia przed zwarciem wbudowane w układy kontrolne zasilacza,

• odporność na zakłócenia z sieci,

• odporność na krótkie zaniki napięcia,

• niższy koszt wytworzenia.

Konstrukcja jednak nie jest pozbawiona wad:

• źle skonstruowany lub zbudowany ze złej jakości elementów może powodować zakłócenia na wysokiej częstotliwości oraz niestabilną pracę podłączonych urządzeń,

• skomplikowana budowa pod względem ilości części potrzebnych do pracy, przez co zasilacze impulsowe małej mocy były droższe niż tradycyjne. Na początku XXI w wprowadzono układy scalone, w wyniku czego nawet zasilacze o mocy kilku watów są tańsze od tradycyjnych.

Zasilacze impulsowe prawie całkowicie wyparły zasilacze z transformatorem sieciowym. Stosowane są w praktycznie wszystkich urządzeniach podłączanych do sieci 230 V: telewizory, komputery i osprzęt, ładowarki telefonów komórkowych, zasilacze urządzeń przenośnych i stacjonarnych itp., prócz klasycznych wzmacniaczy audio.

Zasilacz transformatorowy

Zasilacz liniowy – jest to zasilacz, w którym dopasowanie napięcia wejściowego do napięcia wymaganego przez zasilane urządzenie odbywa się przy użyciu transformatora. Zasilacze transformatorowe pobierają energię ze źródła napięcia przemiennego (najczęściej z sieci elektroenergetycznej) i służą zwykle do zmniejszenia napięcia.

W konstrukcji zasilacza transformatorowego można wyróżnić trzy zasadnicze elementy (patrz rys. 1):

• transformator

• układ prostująco-filtrujący

• stabilizator napięcia (w prostszych zasilaczach może być pominięty)

Dobór tych elementów decyduje o parametrach wyjściowych zasilacza: napięciu, maksymalnym prądzie i poziomie tętnień.

Transformator

Transformator służy do zmiany wartości napięcia wejściowego do wartości zbliżonej do wymaganej przez zasilane urządzenie. W zależności od przekładni transformatora (czyli stosunku ilości zwojów w uzwojeniu wtórnym do ilości zwojów w uzwojeniu), może on zmniejszać lub zwiększać wartość napięcia. Dodatkowo zastosowanie transformatora pozwala na separację galwaniczną zasilanego urządzenia od sieci elektroenergetycznej.

Dobierając transformator trzeba uwzględnić wiele czynników mających wpływ na pracę zasilacza, takich jak:

• wahania napięcia sieciowego 230V w granicach ±10%

• spadek napięcia na prostowniku i stabilizatorze

• minimalną wartość napięcia potrzebnego do poprawnej pracy układu stabilizatora

• straty napięcia wyjściowego wynikające z rezystancji wewnętrznej uzwojeń transformatora

• wymaganą moc wyjściową zasilacza

W przypadku, gdy zasilacz ma dostarczać kilku różnych napięć, stosuje się transformatory z kilkoma uzwojeniami. Pociąga to za sobą konieczność użycia kilku prostowników, ale jednocześnie pozwala na zmniejszenie mocy transformatora oraz na separację obwodów dostarczających poszczególne napięcia.

Prostownik i układ filtrujący

Napięcie przemienne z transformatora jest przetwarzane na napięcie stałe przy pomocy układu prostownika. Napięcie wyjściowe takiego prostownika ma przebieg tętniący (zobacz rys. 2). Równoległe dołączenie kondensatora filtrującego o odpowiedniej pojemności pozwala na znaczne zmniejszenie amplitudy tętnień. Im większa jest pojemność użytego kondensatora, tym napięcie wyjściowe ma przebieg bardziej zbliżony do przebiegu stałego.

W zależności od konstrukcji wyróżnia się dwa typy prostowników:

• Prostownik jednopołówkowy - składa się z pojedynczej diody prostowniczej. Energia dostarczana przez źródło wykorzystywana jest tylko przez pół okresu, więc nawet przy niedużych obciążeniach kondensator filtrujący jest mocno rozładowywany i na wyjściu pojawiają się duże tętnienia. Układ prostownika jednopołówkowego jest stosowany tylko przy małych obciążeniach i w wypadku, gdy nie mają znaczenia duże tętnienia napięcia wyjściowego.

• Prostownik dwupołówkowy mostkowy - wykorzystuje mostek Graetza. Dzięki temu, że energia źródła jest pobierana przez cały okres, napięcie wyjściowe charakteryzuje się w przybliżeniu dwukrotnie mniejszymi tętnieniami niż w układzie z prostownikiem jednopołówkowym. Ze względu na to, że prąd płynie zawsze przez dwie diody połączone szeregowo, napięcie na kondensatorze filtrującym jest pomniejszone o podwójny spadek napięcia przewodzenia diody, co jest mniej korzystne niż w przypadku prostownika jednopołówkowego. Jest to najczęściej stosowany typ prostownika.

• Czasami stosuje się prostownik dwupołówkowy z transformatorem z dzielonym uzwojeniem wtórnym (tzw. transformator z odczepem). Środkowy odczep uzwojenia wtórnego transformatora jest podłączony do masy układu. Dzięki wykorzystaniu tylko dwóch diod uzyskuje się mniejszy spadek napięcia niż w przypadku tradycyjnego prostownika dwupołówkowego. Moc oddawana przez każde z uzwojeń wtórnych transformatora może być dwa razy mniejsza niż dla układu mostkowego, lecz jest to okupione dwukrotnym zwiększeniem rezystancji wewnętrznej transformatora, a co za tym idzie większymi stratami napięcia na transformatorze. W związku z tym układ taki stosuje się tylko przy małych napięciach wyjściowych, dla których spadek napięcia na diodzie prostowniczej (ok. 0,7 V) jest wartością znaczną.

Kondensator filtrujący, umieszczony na wyjściu układu prostownika dwupołówkowego wpływa na wielkość tętnień napięcia wyjściowego U_tpp, zgodnie ze wzorem:

gdzie: I_wy - prąd wyjściowy, C - pojemność kondensatora filtrującego, f - częstotliwość napięcia wejściowego (dla napięcia sieciowego 230 V w Polsce jest to 50 Hz). Tak więc im większa pojemność kondensatora, tym tętnienia mniejsze. Po przekształceniu wzoru otrzymujemy zależność na wartość pojemności kondensatora filtrującego przy zakładanych wartościach tętnień i prądu wyjściowego:

Jak widać, im większy prąd wyjściowy, tym większa powinna być pojemność kondensatora.
Dla przykładu, jeśli założymy, że napięcie tętnień ma wynosić 0,5 V przy prądzie wyjściowym równym 1,5 A, to obliczona wartość pojemności kondensatora filtrującego wyniesie C=30000 µF, co jest bardzo dużą wartością. W praktyce stosuje się o wiele mniejsze pojemności, godząc się z większymi tętnieniami.

Stabilizator

Jeżeli pożądane jest zmniejszenie tętnień w napięciu wyjściowym, to w zasilaczu stosuje się odpowiednie układy stabilizatorów. Ich zadaniem jest utrzymywanie na wyjściu stałego napięcia niezależnie od obciążenia układu i wahań napięcia zasilającego. Stabilizator typowego zasilacza transformatorowego wymaga, by napięcie na wejściu stabilizatora było odpowiednio wyższe od napięcia wyjściowego. Ta minimalna (lub wyższa) różnica napięć wynika z konstrukcji stabilizatora i musi być zagwarantowana przez cały czas pracy układu, z uwzględniem cyklicznych zmian napięcia wejściowego spowodowanych przez tętnienia. Jednocześnie, przez stabilizator płynie prawie cały prąd wyjściowy zasilacza. Iloczyn tego prądu i spadku napięcia na stabilizatorze jest mocą strat, powodującą wytwarzanie ciepła. By zabezpieczyć stabilizator przed przegrzaniem stosuje się radiatory.

Podstawową zaletą zasilaczy transformatorowych jest prosta konstrukcja, składająca się tylko z kilku elementów. Do wad można zaliczyć:

• Duże rozmiary transformatora, wynikające z faktu, że zasilacze te pracują z napięciem o częstotliwości 50 Hz. Ma to wpływ na masę zasilacza - dla przykładu przy napięciu wyjściowym 16 V, na każdy amper prądu wyjściowego przypada około 0,5 kg masy.

• Straty mocy w stabilizatorze. Stabilizator rozprasza pewną ilość mocy w postaci ciepła. Przy dużych prądach lub dużej różnicy napięć między wejściem a wyjściem stabilizatora (spotykanej zwłaszcza w zasilaczach regulowanych) wymagane są duże radiatory.

• Niska sprawność konwersji mocy - na poziomie 50%.

Ze względu na większą wydajność zasilaczy impulsowych oraz coraz bardziej ekologiczne wykorzystanie materiałów przez producentów, zasilacze transformatorowe są wycofywane z użycia i prawie nie montowane w nowych urządzeniach. Aktualnie żaden producent nie stosuje zasilaczy transformatorowych do zasilania komputerów lub ładowarek telefonów komórkowych. Zasilacze impulsowe są mniejsze gabarytowo i mają znacznie lepszą sprawność. Dawniej konstrukcje zasilaczy impulsowych uchodziły za skomplikowane i było to jedną z przyczyn dużego rozpowszechnienia zasilaczy transformatorowych, szczególnie w zastosowaniach amatorskich. Obecnie dostępne są wyspecjalizowane układy scalone przeznaczone do wykorzystania w zasilaczach impulsowych, ułatwiające ich projektowania i ograniczające liczbę wymaganych elementów zewnętrznych do niezbędnego minimum. Niemniej, zasilacze transformatorowe są nadal chętnie wykorzystywane w prostych projektach amatorskich, ze względu na prostotę budowy i odporność na błędy konstrukcyjne. Ponadto, w porównaniu z zasilaczami impulsowymi, zasilacze transformatorowe są w mniejszym stopniu źródłem zakłóceń elektromagnetycznych, zwłaszcza w obszarze wysokich częstotliwości. Ma to znaczenie w przypadku specjalistycznych zastosowań laboratoryjnych (zob. kompatybilność elektromagnetyczna).