Zasilacz komputera

Zasilacz komputera osobistego

Ten artykuł dotyczy zasilaczy impulsowych stosowanych w komputerach kompatybilnych z IBM PC. Istnieje wiele rodzajów zasilaczy przeznaczonych do innych komputerów.

Zasilacz komputera − urządzenie, które służy do przetwarzania napięcia przemiennego dostarczanego z sieci energetycznej (100-127V w Ameryce Północnej, części Ameryki Południowej, Japonii oraz Tajwanie, 220-240V w pozostałej części świata) na małe napięcia stałe, niezbędne do pracy pozostałych komponentów komputera. Pewne zasilacze posiadają przełącznik zmieniający napięcie wejściowe pomiędzy 230V oraz 115V, inne automatycznie dopasowują się do dowolnego napięcia z tego zakresu.

Najczęściej spotykane zasilacze komputerowe są dostosowane do standardu ATX. Włączanie oraz wyłączenie zasilacza jest sterowane przez płytę główną, co daje obsługę takich funkcji jak tryb czuwania. Najnowsza wersja standardu ATX dla zasilaczy to 2.31 (z połowy roku 2008).

Warto zwrócić uwagę, że niektórzy producenci, stosują zasilacze z gniazdami typowymi dla ATX, ale o innych napięciach oraz zmienionej kolejności pinów (zasilacze poniektórych stacji roboczych oraz serwerów). Łączenie takich zasilaczy z płytami ATX może prowadzić do uszkodzenia płyty bądź zasilacza.

Urządzenia podłączone do zasilacza

Wnętrze zasilacza komputera

Schemat wtyczki MPC zasilacza ATX v2.2

W komputerach osobistych do zasilacza podłączone są:

• płyta główna
• dysk albo dyski twarde
• napędy (optyczne, taśmowe, np. CD-ROM, DVD-ROM, ZIP, JAZ, napędy dysków magnetooptycznych, FDD itp.)
• niektóre karty graficzne wymagają podłączenia dodatkowego zasilania (wtyczki PCI-E 6 oraz 8 pin)
• inne urządzenia znajdujące się wewnątrz komputera, np. wentylatory czy dodatkowe panele podłączane analogicznie jak napędy do wtyku Molex

Do pozostałych podzespołów napięcie z zasilacza jest dostarczone pośrednio od płyty głównej (np. wszelkie karty rozszerzeń, wentylatory procesorów, porty itp.)

Budowa

Przeważajaca ilość zasilaczy wykonana jest w postaci metalowego prostopadłościanu, z którego ścianki wychodzi parę wiązek przewodów. Po przeciwnej stronie leżą otwory wentylacyjne oraz gniazdo IEC C14, do podłączenia zasilania z sieci energetycznej. Opcjonalnie może tam być też umieszczony wyłącznik oraz przełącznik napięcia wejściowego. Etykietka umieszczona na boku zasilacza zawiera informacje dotyczące maksymalnej mocy wyjściowej oraz certyfikatów. Najbardziej popularne oznaczenia bezpieczeństwa to znak UL, znak GS, TÜV, NEMKO, SEMKO, DEMKO, FIMKO, CCC, CSA, VDE, GOST R oraz BSMI. Oznaczenia dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej to znak CE, FCC oraz C-Tick. Oznaczenie CE jest wymagane dla zasilaczy sprzedawanych w Europie oraz Indiach. Norma Unii Europejskiej EN61000-3-2 wymaga aby każdy zasilacz wyposażony był w układ PFC (Power Factor Correction).

Rozmiary zasilacza ATX to: szerokość 150 mm, wysokość 86 mm, a głębokość typowo 140 mm, choć może różnić się w zależności od producenta.

W zasilaczach stosowane jest chłodzenie wymuszone - najczęściej przez wentylator o średnicy 80 mm^[1] ( w starszych oraz prostszych PSU) albo większej średnicy w nowszych konstrukcjach. Przez zasilacz przepływa gorące powietrze z wnętrza obudowy komputera, w związku z tym stosuje się wentylatory o większej wydajności niż wymagana do utrzymania stałej temperatury w samym zasilaczu. Wentylator jest podstawowym źródłem hałasu generowanego przez zasilacz, choć przy dużych obciążeniach może pojawić się brzęczenie generowane przez cewki^[1].

Zasilacze komputerowe wykonane są zwykle w technice impulsowej, wykorzystując architekturę przetwornicy push-pull^{potrzebne źródło}. Tego typu zasilacze charakteryzują się małymi gabarytami oraz ciężarem, niewielkimi tętnieniami napięcia wyjściowego oraz dużą mocą wyjściową.

Wtyczki stosowane w zasilaczach ATX

Zdjęcie	Oznaczenie	Ilość pinów	Opis
	MPC (Main Power Connector), oznaczana P1	20, 24 (ATX v2.2), 20+4	Główna wtyczka zasilacza ATX podłączana do płyty głównej (w starszych zasilaczach AT wtyczka była podzielona na dwie oznaczone P8 oraz P9). Obecny standard ATX przewiduje 24 piny. Część zasilaczy jest wyposażonych w złącze 24-pinowe, które da się rozłączyć na dwie części (20+4 piny) oraz wykorzystać ze starszymi płytami o gnieździe 20-pinowym. Pewne zasilacze ATX posiadają dwie wtyczki - 20-pinową oraz 4-pinową, które da się podłączyć równocześnie do gniazda 24-pinowego.
	ATX12V / EPS12V (4-pin), oznaczana P4	4	Druga wtyczka podłączana do płyty głównej (poza 24-pinową P1), dostarczająca napięcia zasilające dla procesora. Pojawiła się z powodu wymagań prądowych nowych procesorów firmy Intel[2].
	ATX12V / EPS12V (8-pin)	8	Rozszerzona wersja wtyczki ATX12V/ESP12V 4-pin, która ukazała się wraz z wprowadzeniem chipsetu Intel 975[2]. Stosowane w płytach serwerowych oraz komputerach profesjonalnych, których procesory pobierają większą moc.
	PCI-E	6/8	Wtyczka zasilająca karty graficzne. Przeważajaca ilość nowoczesnych zasilaczy jest wyposażone w 6-pinowe złącze przeznaczone dla kart graficznych PCI Express. Może ono dostarczyć do 75 watów mocy. W najnowszych konstrukcjach wprowadzono złącze 8-pinowe. Z uwagi na kompatybilność wstecz stosuje się także złącza 6+2 piny, co dopuszcza zasilać karty PCI Express z gniazdami zarówno 6 jak oraz 8-pinowymi.
	AUX albo APC (Auxiliary Power Connector)	6	Używana w starszych płytach głównych, które potrzebowały napięć 3,3 V oraz 5 V o większym natężeniu prądu. Konieczność jej podłączenia jest zależna od konfiguracji sprzętowej komputera. Usunięta w ATX v2.2.
	Molex	4	Jeden z najstarszych wtyków, wykorzystywany do zasilania dysków twardych oraz napędów optycznych typu ATA, dodatkowych elementów płyty głównej, kart graficznych oraz wielu innych urządzeń (np. interfejsów FireWire 800 w postaci kart PCI). Dostarcza napięć +5V oraz +12V. Złącze to w tej chwili jest coraz rzadziej wykorzystywane, wypierają je wtyki SATA oraz PCI-E.
	Molex mini	4	Jeden z najmniejszych wtyków, zasilający stacje dyskietek. W pewnych przypadkach dostarcza też dodatkową moc do kart wideo AGP oraz kart PCIe.
	SATA Connector	15	Wtyczka o 15 pinach zasilająca dyski twarde oraz optyczne standardu Serial ATA. Dostarcza trzech napięć: +3,3V, +5V oraz +12V.

AT kontra ATX

Standard ATX (Advanced Technology eXtended) jest rozwinięciem standardu AT (Advanced Technology).

Są dwie podstawowe różnice pomiędzy zasilaczami AT oraz ATX: kształt złącz, które dostarczają napięcia do płyty głównej oraz układ załączania zasilacza. W starszych zasilaczach AT włącznik komputera był podłączany bezpośrednio do zasilacza. W nowszych zasilaczach ATX włącznik komputera jest podłączony do płyty głównej poprzez złącze oznaczone PS ON, SW Power albo podobnie. Dzięki temu włączanie oraz wyłączanie zasilacza bywa kontrolowane przez komponenty komputera albo oprogramowanie.

Płyta główna steruje zasilaczem poprzez pin #14 złącza 20-pinowego albo pin #16 złącza 24-pinowego (zielony pin wtyczki ATX - P_ON). Gdy zasilacz istnieje w stanie czuwania na tym pinie jest napięcie 5V. Zwarcie go do masy (czarny przewód wtyczki ATX - GND) uruchamia przetwornicę, co może się przydać przy testach sprzętu. Uwaga - nie trzeba uruchamiać zasilacza impulsowego bez obciążenia ze względu na ryzyko jego uszkodzenia.

Moc znamionowa

Zasilacze komputerowe są klasyfikowane na podstawie maksymalnej mocy wyjściowej. Typowe zakresy mocy zasilaczy dla komputerów domowych oraz biurowych wynoszą od 300 W do 500 W (dla komputerów miniaturowych - poniżej 300 W). Zasilacze stosowane w komputerach dla graczy posiadają moc z zakresu 500-800 W, a w serwerach - od 800 W do 1400 W. Zasilacze z górnej półki są w stanie oddać do 2 kW mocy - są przeznaczone z reguły do dużych serwerów oraz w mniejszym stopniu do ekstremalnie rozbudowanych komputerów wyposażonych w parę procesorów, wiele dysków twardych oraz parę kart graficznych.

Brak standardu określającego parametry pracy zasilacza (zarówno jeśli chodzi o maksymalną moc, jak oraz maksymalny prąd na danej linii) prowadzi do dużych rozbieżności pomiędzy deklaracjami producenta, a rzeczywistymi osiągami^[1]. Powszechną praktyką jest podawanie mocy maksymalnej jako sumy mocy zasilacza jego poszczególnych linii zasilających. W takim wypadku możliwe jest przeciążenie jednej z linii zasilacza, pomimo braku przekroczenia mocy deklarowanej przez producenta.

Pewni ludzie producenci zawyżają wartość mocy swoich zasilaczy w celach marketingowych. Jest to spowodowane brakiem jasnych standardów określających warunki pomiaru mocy zasilaczy. Najczęściej zdarza się^[1]:

• przedstawianie wartości mocy szczytowej zamiast mocy ciągłej
• określanie mocy ciągłej w nierealistycznie niskich temperaturach (np. w temperaturze pokojowej, kiedy tymczasem we wnętrzu obudowy wynosi ona ok. 40 °C)
• podawanie mocy sumarycznej wszystkich linii zasilacza, kiedy tymczasem nowoczesne komputery pobierają prąd z reguły z linii 12V

To znaczy, że jeśli:

• zasilacz A ma moc szczytową 550 W w temperaturze 25 °C, dając 25 A na linii 12 V (300 W)
• zasilacz B ma moc ciągłą 450 W w temperaturze 40 °C, dając 33 A na linii 12 V (400 W)

to zasilacz B jest wydatnie lepszy od zasilacza A pomimo niższej mocy całkowitej. Zasilacz A w rzeczywistych warunkach pracy będzie w stanie oddać tylko cząstka mocy, którą określił producent.

Ta tendencja uczyniła znaczne zawyżenie rekomendacji dotyczących mocy zasilaczy komputerowych. Z wyjątkiem serwerów oraz maszyn dla graczy, niewiele komputerów w standardzie ATX oraz microATX wymaga więcej niż 300-350 W mocy^[1]. Z drugiej strony trzeba zwrócić uwagę, że mitem jest określenie, jakoby mocniejszy zasilacz pobierał więcej prądu. Jeśli weźmiemy dwa zasilacze o takiej samej sprawności a różnej mocy, np. 350W oraz 1000W oraz podłączymy do tego samego komputera to uzyskamy taki sam pobór prądu z sieci energetycznej^[2].

Sprawność zasilacza

Jednym z parametrów zasilacza jest jego sprawność energetyczna. Sprawność to stosunek mocy zasilacza oddawanej na jego wyjściu, do mocy pobranej z sieci energetycznej. Różnica pomiędzy mocą pobraną, a oddawaną jest emitowana w postaci ciepła oraz promieniowania elektromagnetycznego^[2]. Sprawność wyraża się typowo w procentach. Im wyższa sprawność tym mniejsze straty energii w zasilaczu. Zasilacze o wysokiej sprawności wydzielają mniej ciepła, dzięki czemu da się w nich montować wentylatory o mniejszej wydajności albo pasywne chłodzenie.

Sprawność zasilaczy zależy od obciążenia zasilacza, osiągając najmniejszą sprawność dla małego oraz bardzo dużego obciążenia oraz waha się w tej chwili pomiędzy 40%, a 85%.^[2]. W kwestii poprawy sprawności zasilaczy komputerowych wprowadzono serię certyfikatów 80 PLUS, które gwarantują sprawność zasilacza przekraczającą 80%^[3].

Ważnym parametrem zasilacza jest zdolność do dostarczania stabilnych napięć poszczególnym podzespołom komputera, w pełnym zakresie pobieranej mocy jaki oraz napięcia zasilania. Zakresy napięć wyznacza norma ATX. Wynoszą one:

Zabezpieczenia

Zasilacz, dostarczając energię do poszczególnych elementów komputera, może stać się też przyczyną ich uszkodzenia. Z uwagi na wahania parametrów napięcia w sieci energetycznej, każdy zasilacz powinien posiadać szereg wbudowanych zabezpieczeń, chroniących zarówno komputer jak oraz sam zasilacz:

• OVP (Over Voltage Protection) – zabezpieczenie przed zbyt wysokim napięciem wyjściowym. Działa na każdej linii wyjściowej zasilacza oraz aktywuje się, kiedy napięcie jest wyższe o 15% w stosunku do wartości nominalnej^[2]. Wymagane przez normę ATX12V.
• UVP (Under Voltage Protection) – zabezpieczenie przed zbyt niskim napięciem na liniach wyjściowych. Jest spotykane wydatnie rzadziej niż OVP, albowiem zbyt małe napięcie nie uszkadza zasilanych podzespołów, może jednak wpłynąć negatywnie na ich stabilność.
• OCP (Over Current Protection) – zabezpieczenie przed przeciążeniem stabilizatora. Monitoruje każdą linię zasilającą z osobna oraz w przypadku przeciążenia którejkolwiek z nich powoduje wyłączenie zasilacza. Wymagane jest przez normę ATX12V.
• OLP albo OPP (Over Load Protection albo Over Power Protection) – zabezpiecza przed przeciążeniem całego zasilacza (nie ograniczając się do poszczególnych linii).
• OTP (Over Temperature Protection) – zabezpieczenie przed przegrzaniem zasilacza. Przegrzanie może pojawić się podczas przeciążenia, złej cyrkulacji powietrza wynikającej np. z zakrycia wylotu zasilacza albo z powodu awarii wentylatora^[2]. Wymagane jest przez normę ATX12V.
• SCP (Short Circuit Protection) – zabezpieczenie przeciwzwarciowe. Aktywuje się, kiedy w obwodzie zasilacza pojawi się zwarcie (czyli opór mniejszy niż 0,1Ω). Pomimo, że nie jest one obowiązkowe, to znajdziemy je we wszystkich obecnych zasilaczach^[2].
• IOVP (Input Over Voltage Protection) oraz IUVP (Input Under Voltage Protection) – zabezpieczenie zasilacza przed zbyt wysokim albo zbyt niskim napięciem wejściowym. Stosowane jest z reguły w zasilaczach z manualnym przełącznikiem napięcia wejściowego (115V albo 230V).

Warto zwrócić uwagę, by zasilacz miał możliwie wszystkie dostępne zabezpieczenia. Krytycznymi są te wymagane przez normę ATX12V^[2].

Uruchomienie wyjętego zasilacza ATX

Zasilacz bez płyty głównej uruchamia się zwierając przewód (zielony pin wtyczki ATX - P_ON) do masy, czyli czarnego przewodu wtyczki ATX (GND). W takim przypadku trzeba jednak podłączyć do niego jakieś urządzenie - w przeciwnym razie istnieje ryzyko awarii, albowiem nie trzeba uruchamiać zasilacza bez obciążenia.

Kryteria wyboru zasilacza

Przy wyborze zasilacza użytkownicy nie powinni kierować się tylko jego mocą. Nie powinni także przesadnie oszczędzać przy kupnie zasilacza^{potrzebne źródło}, bo uszkodzenia spowodowane jego niską jakością potrafią okazać się kosztowne.^{potrzebne źródło}

Przede wszystkim wystarczy zwrócić uwagę na zgodność zasilacza z normą ATX - z reguły pod względem zapisanych tam norm napięciowych, bowiem pewne zasilacze wykazują tendencję do dużych wahań napięcia. Takie wahania, jeżeli zasilacz nie ma bezpiecznika napięciowego na wyjściu (a zasilacze mające tendencje do wahań napięcia takiego nie mają), potrafią doprowadzić do zmniejszenia wydajności komputera np. poprzez samoczynne restarty^{potrzebne źródło}. Są one najczęściej spowodowane dużym spadkiem napięcia, wskutek czego generalnie dochodzi do zaprzestania pracy na parę chwil dysku twardego. Takie skoki napięcia potrafią także uszkodzić jakiś element komputera bądź cały komputer.

Kolejnym parametrem jest poziom hałasu wentylatora zasilacza podawany w dB - im cichszy, tym mniej decybeli (w nowych zasilaczach około 35 dB, zwykle tłumiony do 27 dB). Zwykle zasilacze z cichszymi wentylatorami są droższe od standardowych, choć w przypadku zasilaczy komputerowych jest to istotne^{potrzebne źródło}, szczególnie przy pracy w nocy oraz w domu, kiedy hałas ten jest zwykle dominującym oraz niepożądanym zjawiskiem w pomieszczeniu.

Linki zewnętrzne

  Wikimedia Commons ma galerię ilustracji związaną z tematem:
Zasilacz komputera

• Oficjalna specyfikacja standardu ATX 2.2(ang.)

Kalkulator przeliczający moc poszczególnych podzespołów komputerowych w celu dobrania stosownego zasilacza:

• nullextreme.outervision.com/psucalculatorlite.jsp (ang.)

Przypisy