Strömförsörjningsenhet (dator) - Power supply unit (computer)

En ATX -strömförsörjningsenhet med topplocket borttaget

En nätaggregat ( PSU ) omvandlar nätströmmen till lågspänningsreglerad likström för datorns interna komponenter. Moderna persondatorer använder universellt strömförsörjningar med switchat läge . Vissa nätaggregat har en manuell omkopplare för att välja ingångsspänning, medan andra automatiskt anpassar sig till nätspänningen.

De flesta moderna stationära datorns nätaggregat överensstämmer med ATX -specifikationen , som inkluderar formfaktor och spänningstoleranser. Medan en ATX-strömförsörjning är ansluten till elnätet, ger den alltid en 5- volts standby (5VSB) ström så att standby-funktionerna på datorn och vissa kringutrustning drivs. ATX -strömförsörjningar slås på och av med en signal från moderkortet . De ger också en signal till moderkortet för att indikera när DC -spänningarna är i spec, så att datorn säkert kan starta och starta. Den senaste ATX PSU-standarden är version 2.31 från mitten av 2008.

Funktioner

Förenklat kretsschema för ett typiskt nätaggregat
Diagram över en typisk XT- och AT -spänningsregulatorkrets
Interna i en PSU med passiv PFC (vänster) och aktiv PFC (höger)

Den stationära datorns strömförsörjning omvandlar växelström (AC) från ett vägguttag med el till en lågspännings likström (DC) för att driva moderkortet, processorn och kringutrustning. Flera likströmsspänningar krävs och de måste regleras med viss noggrannhet för att ge en stabil drift av datorn.En strömförsörjningsskena eller spänningsskena hänvisar till en enda spänning som tillhandahålls av ett nätaggregat.

Vissa nätaggregat levererar också en standby -spänning , så att det mesta av datorsystemet kan stängas av efter förberedelser för viloläge eller avstängning och startas igen av en händelse. Standby-ström gör att en dator kan startas på distans via wake-on-LAN och Wake-on-ring eller lokalt via Keyboard Power ON (KBPO) om moderkortet stöder det. Denna standby -spänning kan genereras av en liten linjär strömförsörjning inuti enheten eller en växelström, som delar vissa komponenter med huvudenheten för att spara kostnad och energi.

Historia

Första generationens mikrodator och hemdator strömförsörjningar används en tung step-down transformator och en linjär strömförsörjning, såsom det används i till exempel den Commodore PET introducerades 1977. Apple II , även infört i 1977, noterades för dess strömförsörjning med switchat läge , som var lättare och mindre än en motsvarande linjär strömförsörjning skulle ha varit och som inte hade någon kylfläkt. Strömförsörjningen använder en ferritkärnig högfrekvent transformator och effekttransistorer som växlar tusentals gånger per sekund. Genom att justera transistorns omkopplingstid kan utspänningen kontrolleras noga utan att energi försvinner som värme i en linjär regulator. Utvecklingen av högeffekts- och högspänningstransistorer till ekonomiska priser gjorde det praktiskt att införa switchlägesleveranser, som hade använts inom flyg-, stordatorer, minidatorer och färg-tv, till stationära persondatorer. Apple II -designen av Atari -ingenjören Rod Holt tilldelades patent och låg i framkant av modern datordrivning. Nu använder alla moderna datorer strömförsörjningar med switchat läge, som är lättare, billigare och effektivare än motsvarande linjära strömförsörjningar.

Datorns strömförsörjningar kan ha kortslutningsskydd, överbelastningsskydd (överbelastning), överspänningsskydd, underspänningsskydd, överströmskydd och övertemperaturskydd.

Ingångsspänningsomkopplare

Strömförsörjningar avsedda för världsomspännande användning var en gång utrustade med en ingångsspänningsväljare som gjorde det möjligt för användaren att konfigurera enheten för användning på lokalt elnät. I det lägre spänningsområdet, cirka 115 V, slås denna strömbrytare på och ändrar spänningslikriktaren för elnätet till en spänningsdubblare i delon -kretsdesign . Som ett resultat delades den stora primära filterkondensatorn bakom den likriktaren upp i två kondensatorer kopplade i serie, balanserade med avluftningsmotstånd och varistorer som var nödvändiga i det övre ingångsspänningsområdet, cirka 230 V. Anslutning av enheten konfigurerad för det lägre intervallet till ett högre spänningsnät resulterade vanligtvis i en omedelbar permanent skada. När effektfaktorkorrigering (PFC) krävdes ersattes dessa filterkondensatorer med högre kapacitet, tillsammans med en spole installerad i serie för att fördröja startströmmen. Detta är den enkla designen av en passiv PFC.

Aktiv PFC är mer komplex och kan uppnå högre PF, upp till 99%. De första aktiva PFC -kretsarna försenade just inkörningen. Nyare fungerar som en ingångs- och utgångstillståndsstyrd stegomvandlare och levererar en enda 400 V-filterkondensator från en bred ingångskälla, vanligtvis mellan 80 och 240 V. Nyare PFC-kretsar ersätter också den NTC- baserade inkopplingsströmmen begränsare, som är en dyr del som tidigare placerades intill säkringen.

Utveckling

Se även: Strömförsörjning i switchat läge § Historik
Kretskort för en strömförsörjning från en IBM XT -klon
En typisk XT PSU -strömbrytare, som är en integrerad del av PSU.

Original IBM PC, XT och AT standard

Den första IBM PC -nätaggregatet (PSU) levererade två huvudspänningar: +5  V och +12 V. Den levererade två andra spänningar, −5 V och −12 V, men med begränsade mängder ström. De flesta mikrochips på den tiden drevs med 5 V effekt. Av de 63,5  W dessa PSU: er kunde leverera var det mesta på denna +5 V -skena.

+12 V -strömförsörjningen användes främst för att driva motorer, till exempel i hårddiskar och kylfläktar. När fler kringutrustning tillkom, levererades mer ström på 12 V -skenan. Eftersom det mesta av strömmen förbrukas av chips levererade 5 V -skenan dock fortfarande det mesta. −12 V-skenan användes främst för att ge den negativa matningsspänningen till RS-232- serieportarna. En −5 V -skena fanns för kringutrustning på ISA -bussen (t.ex. ljudkort), men användes inte av något annat moderkort än det ursprungliga IBM PC -moderkortet.

En extra ledning som kallas "Power Good" används för att förhindra digital kretsdrift under de första millisekunderna för strömförsörjning, där utgångsspänningar och strömmar stiger men ännu inte är tillräckliga eller stabila för korrekt drift av enheten. När uteffekten är klar att använda, säger Power Good -signalen till den digitala kretsen att den kan börja fungera.

Ursprungliga IBM-nätaggregat för PC (modell 5150), XT och AT inkluderade en strömbrytare för nätspänning som sträckte sig genom datorhöljet. I en vanlig variant som finns i tornhöljen var nätspänningsomkopplaren ansluten till strömförsörjningen med en kort kabel, så att den kunde monteras separat från strömförsörjningen.

En tidig strömförsörjning för mikrodatorn var antingen helt på eller av, styrd av den mekaniska nätspänningsomkopplaren, och energibesparande tomgångslägen var inte en designhänsyn för tidiga datorns strömförsörjningar. Dessa nätaggregat var i allmänhet inte kapabla till energisparlägen som standby eller "soft off", eller schemalagda strömbrytare.

På grund av den alltid påslagna konstruktionen, antingen vid en kortslutning , antingen skulle en säkring gå, eller så skulle en strömförsörjning med strömbrytning upprepade gånger stänga av strömmen, vänta en kort tid och försöka starta om. För vissa nätaggregat hörs upprepad omstart som ett tyst snabbt kvittrande eller tickande ljud från enheten.

ATX -standard

Huvudartikel: ATX
Spänningsomvandlare för 80486DX4 -processorer (5 V till 3,3 V). Observera kylflänsen på den linjära regulatorn , som krävs för att slösa bort den bortkastade effekten.
En typisk installation av en strömförsörjning från en ATX -formfaktor

När Intel utvecklade ATX -standardanslutningen för strömförsörjning (publicerad 1995) blev mikrochips som drivs på 3,3 V allt populärare, från och med Intel 80486DX4 -mikroprocessorn 1994 och ATX -standarden levererar tre positiva skenor: +3,3 V, +5 V , och +12 V. Tidigare datorer som kräver 3,3 V härrör vanligtvis från en enkel men ineffektiv linjär regulator ansluten till +5 V -skenan.

ATX -kontakten tillhandahåller flera ledningar och strömanslutningar för 3,3 V -matningen, eftersom den är mest känslig för spänningsfall i matningsanslutningarna. Ett annat ATX -tillägg var +5 V SB (standby) -skenan för att ge en liten mängd standby -ström , även när datorn nominellt var "av".

Det finns två grundläggande skillnader mellan AT- och ATX -strömförsörjningar: kontakterna som ger moderkortet ström och den mjuka omkopplaren. I system i ATX-typ ger strömbrytaren på frontpanelen endast en styrsignal till strömförsörjningen och växlar inte nätspänningen. Denna lågspänningskontroll låter annan datorhårdvara eller programvara slå på och av systemet.

Eftersom ATX -nätaggregat delar båda, samma bredd och höjd (150 × 86 mm (5,9 × 3,4 tum)) och samma monteringslayout (fyra skruvar anordnade på enhetens baksida), med föregående format, finns det ingen stor fysisk skillnad som hindrar ett AT -fall att acceptera en ATX -PSU (eller vice versa, om fallet kan vara värd för strömbrytaren som behövs av en AT PSU), förutsatt att den specifika PSU -enheten inte är för lång för det specifika fallet.

ATX12V standard

När transistorer blir mindre på chips blir det att föredra att använda dem på lägre matningsspänningar, och den lägsta matningsspänningen önskas ofta av det tätaste chipet, den centrala processorenheten . För att leverera stora mängder lågspänningseffekt till Pentium och efterföljande mikroprocessorer, en speciell strömförsörjning, började spänningsregulatormodulen inkluderas på moderkort . Nyare processorer kräver upp till 100 A vid 2 V eller mindre, vilket är opraktiskt att leverera från off-board strömförsörjningar.

Ursprungligen levererades detta från huvudsakliga +5 V -nätaggregatet, men när strömkraven ökade blev de höga strömmarna som krävs för att leverera tillräcklig effekt problematiska. För att minska strömförlusterna i 5 V-strömförsörjningen, med introduktionen av Pentium 4- mikroprocessorn, bytte Intel processorns strömförsörjning för att fungera på +12 V och lade till den separata fyrpoliga P4-kontakten till den nya ATX12V 1.0-standarden för att leverera den kraften.

Moderna kraftfulla grafikprocessorenheter gör samma sak, vilket resulterar i att det mesta av strömbehovet för en modern persondator finns på +12 V-skenan. När kraftfulla GPU: er först introducerades var typiska ATX-nätaggregat "5 V-tunga" och kunde bara leverera 50–60% av sin effekt i form av 12 V ström. Således rekommenderade GPU -tillverkare, för att säkerställa 200–250 W med 12 V effekt (toppbelastning, CPU+GPU), strömförsörjningar på 500–600 W eller högre. Mer moderna ATX -nätaggregat kan leverera nästan alla (vanligtvis 80–90%) av sin totala nominella kapacitet i form av +12 V effekt.

På grund av denna förändring är det viktigt att överväga +12 V -försörjningskapaciteten, snarare än den totala strömkapaciteten, när du använder en äldre ATX -strömförsörjning med en nyare dator.

Tillverkare av lågkvalitativa strömförsörjningar utnyttjar ibland denna överspecifikation genom att tilldela orealistiskt höga strömförsörjningsbetyg, med vetskap om att väldigt få kunder till fullo förstår strömförsörjningsbetyg.

+3,3 V och +5 V skenor

+3,3 V och +5 V järnvägsspänningsförsörjningar är sällan en begränsande faktor; i allmänhet kommer varje strömförsörjning med tillräcklig +12 V -effekt att ha tillräcklig kapacitet vid lägre spänningar. De flesta hårddiskar eller PCI -kort kommer dock att skapa en större belastning på +5 V -skenan.

Äldre processorer och logiska enheter på moderkortet var utformade för 5 V driftspänning. Strömförsörjningar för dessa datorer reglerar 5 V -utgången exakt och levererar 12 V -skenan i ett specifikt spänningsfönster beroende på belastningsförhållandet för båda skenorna. Den 12 V-matning användes för datorfläktmotorer, diskdrivmotorer och seriella gränssnitt (som också används den -12 V matning). En ytterligare användning av 12 V kom med ljudkorten, med hjälp av linjära chip -effektförstärkare , ibland filtrerade av en 9 V linjär regulator på kortet för att minska motorns brus .

Eftersom vissa 80386 -varianter använder CPU: er lägre driftspänningar som 3,3 eller 3,45 V. Moderkort hade linjära spänningsregulatorer, levererade av 5 V -skenan. Jumpers eller dip switchar ställer utspänningarna till den installerade CPU: s specifikation. När nyare CPU: er krävde högre strömmar, bytte spänningsregulatorer som omkopplare som buck -omvandlare ersätta linjära regulatorer för effektivitet.

Sedan den första revisionen av ATX -standarden krävdes att nätaggregat hade en 3,3 V utspänningsskena. Sällan genererade en linjär regulator dessa 3,3 V, levererade från 5 V och konverterade produkten av spänningsfall och ström till värme. I den vanligaste konstruktionen genereras denna spänning genom att växla och transformera 5 V -skenans pulser på en extra choke , vilket gör att spänningen stiger fördröjd och rättas separat till en dedikerad 3,3 V -skena och får den stigande tomgångsspänningen avbruten av en enhet typ TL431 , som beter sig liknande en Zener -diod . Senare regulatorer hanterade alla 3,3, 5 och 12 V skenor. Avspänningen av spänningsregulatorn styrs av förhållandet mellan 3,3 och 5 V. Några av dessa nätaggregat använder två olika drosslar, som matas till 3,3 V -skenan från transformatorn för att hantera förändrade belastningar med puls med förhållandet mellan 3,3 och 5 V utgångarna. I konstruktioner som använder identiska drosslar hanterar pulsbredden förhållandet.

Med Pentium 4 och nyare datorgenerationer gick spänningen för CPU -kärnorna under 2 V. Spänningsfall på kontakter tvingade konstruktörerna att placera sådana buck -omvandlare bredvid enheten. Högre maximal strömförbrukning krävde att buck -omvandlarna inte längre matades från 5 V och ändrades till en 12 V -ingång för att minska strömmen som krävs från strömförsörjningen.

I drivenheter är en liten linjär spänningsregulator installerad för att hålla +3.3 V stabil genom att mata den från +5 V -skenan.

Ingångsnivåspänningsspecifikation

Entry-Level Power Supply Specification (EPS) är en strömförsörjningsenhet avsedd för datorer med hög strömförbrukning och servrar på instegsnivå. Utvecklad av forumet Server System Infrastructure (SSI), en grupp företag inklusive Intel, Dell, Hewlett-Packard och andra, som fungerar på servernormer, är EPS-formfaktorn ett derivat av ATX- formfaktorn. Den senaste specifikationen är v2.93.

EPS-standarden ger en mer kraftfull och stabil miljö för kritiska serverbaserade system och applikationer. EPS-strömförsörjningar har en 24-polig moderkortkontakt och en åtta-stifts +12 V-kontakt. Standarden specificerar också ytterligare två fyra-stifts 12 V-kontakter för mer strömkrävande kort (en krävs på 700–800 W nätaggregat, båda krävs på 850 W+ nätaggregat). EPS -strömförsörjningar är i princip kompatibla med vanliga ATX- eller ATX12V -moderkort som finns i hem och kontor, men det kan finnas mekaniska problem där 12 V -kontakten och i fallet med äldre kortkontakter överhäng uttagen. Många PSU -leverantörer använder kontakter där de extra sektionerna kan lossas för att undvika detta problem. Liksom med senare versioner av ATX PSU -standarden finns det ingen −5 V -skena.

Järnväg Färgmärke
12V1 Gul (svart)
12V2 Gul
12V3 Gul (blå)
12V4 Gulgrön)

Singel mot flera +12 V skena

När strömförsörjningskapaciteten ökade, ändrades ATX -strömförsörjningsstandarden (från och med version 2.0) med följande:

3.2.4. Effektbegränsning / farliga energinivåer
Under normala eller överbelastningsförhållanden ska ingen utgång kontinuerligt ge mer än 240 VA under några belastningsförhållanden inklusive kortslutning, enligt kraven i UL 1950 / CSA 950 / EN 60950 / IEC 950.

-  ATX12V Power Supply Design Guide, version 2.2

Kravet raderades senare från version 2.3 (mars 2007) av specifikationerna för ATX12V -strömförsörjningen, men ledde till en skillnad i moderna ATX -strömförsörjningar mellan enstaka och flera skenor.

Regeln var avsedd att sätta en säker gräns för strömmen som kan passera genom en enda utgångstråd. En tillräckligt stor ström kan orsaka allvarliga skador vid kortslutning , eller kan smälta tråden eller dess isolering vid ett fel, eller potentiellt starta en brand eller skada andra komponenter. Regeln begränsar varje utgång till under 20  ampere , med typiska förbrukningsmaterial som garanterar 18 A tillgänglighet. Strömförsörjningar som kan leverera mer än 18 A vid 12 V skulle ge sin effekt i grupper av kablar (kallade "skenor"). Varje skena levererar upp till en begränsad mängd ström genom en eller flera kablar, och varje skena styrs oberoende av sin egen strömsensor som stänger av matningen vid överskottsström. Till skillnad från en säkring eller strömbrytare återställs dessa gränser så snart överbelastningen har tagits bort. Normalt garanterar en strömförsörjning minst 17 A vid 12 V genom att ha en strömgräns på 18,5 A ± 8% . Således är det garanterat att leverera minst 17 A, och garanterat att avbryta före 20 A. Strömgränserna för varje grupp av kablar dokumenteras sedan så att användaren kan undvika att placera för många högströmslaster i samma grupp.

Ursprungligen vid tidpunkten för ATX 2.0 innebar en strömförsörjning med "flera +12 V -skenor" en som kunde leverera mer än 20 A +12 V -effekt och sågs som en bra sak. Människor fann emellertid att det var obekvämt att behöva balansera laster över många +12 V-skenor, särskilt eftersom avancerade nätaggregat började leverera mycket större strömmar upp till cirka 2000 W, eller mer än 150 A vid 12 V (jämfört med 240 eller 500 W från tidigare tider). När tilldelningen av kontakter till skenor sker vid tillverkningstiden är det inte alltid möjligt att flytta en given last till en annan skena eller hantera strömfördelningen över enheter.

I stället för att lägga till fler strömbegränsningskretsar valde många tillverkare att ignorera kravet och öka strömgränserna över 20 A per skena, eller tillhandahållte "enkelspåriga" strömförsörjningar som utelämnar strömbegränsningskretsarna. (I vissa fall, i strid med sin egen reklam påstår att de ska inkludera den.) På grund av ovanstående standarder påstod nästan alla högeffektsleveranser att de hade separata skenor, men detta påstående var ofta falskt; många utelämnade nödvändiga strömbegränsningskretsar, både av kostnadsskäl och för att det är en irritation för kunderna. (Bristen var och är ibland annonserad som en funktion under namn som "rail fusion" eller "current sharing".)

Kravet drogs tillbaka som ett resultat, men frågan satte sin prägel på PSU -konstruktioner, som kan kategoriseras i enstaka och flera järnvägsdesigner. Båda kan (och gör ofta) innehålla strömbegränsande kontroller. Från och med ATX 2.31 kan en enda järnvägs konstruktions utgångsström dras genom valfri kombination av utgångskablar, och hanteringen och säker fördelning av den belastningen lämnas åt användaren. En design med flera skenor gör detsamma, men begränsar strömmen som levereras till varje enskild kontakt (eller grupp av kontakter), och de gränser som den ställer är tillverkarens val snarare än som fastställs av ATX -standarden.

12 V -endast förnödenheter

12 V -kontakt bara på ett Fujitsu -moderkort
Kontaktdon ATX12VO
Kontaktdon ATX12VO

Sedan 2011 har Fujitsu och andra tier-1-tillverkare tillverkat system som innehåller moderkortvarianter som endast kräver en 12 V-strömförsörjning från en specialtillverkad nätaggregat, som vanligtvis är klassad till 250–300 W. DC-till-DC-omvandling , vilket ger 5 V och 3,3 V, görs på moderkortet; förslaget är att 5 V och 12 V strömförsörjning för andra enheter, till exempel hårddiskar, ska hämtas på moderkortet snarare än från själva nätaggregatet, även om detta inte verkar vara fullt implementerat från och med januari 2012.

Anledningarna till detta tillvägagångssätt för strömförsörjning är att det eliminerar tvärbelastningsproblem, förenklar och minskar interna ledningar som kan påverka luftflöde och kylning, minskar kostnader, ökar strömförsörjningseffektiviteten och minskar buller genom att sätta strömförsörjningens fläkthastighet under kontroll av moderkortet.

Minst två av Dells affärsdatorer som introducerades 2013, OptiPlex 9020 och Precision T1700, levereras med endast 12 V -nätaggregat och implementerar 5 V och 3,3 V -konvertering uteslutande på moderkortet. Efteråt adopterar Lenovo ThinkCentre M93P 12 V – endast PSU och utför 5 V och 3,3 V -konvertering uteslutande på IS8XM -moderkortet.

År 2019 släppte Intel en ny standard baserad på en all 12V -design, ATX12VO -strömförsörjning ger endast 12 V spänningsutgång, 5 V, 3,3 V ström, efter behov av USB , hårddisk och andra enheter, transformeras på moderkortet , ATX moderkortskontakt reduceras från 24-stift till 10-stift. Kallas ATX12VO det förväntas inte ersätta nuvarande standarder utan att existera tillsammans med det. På CES 2020 visade FSP Group den första prototypen baserad på den nya ATX12VO -standarden.

Enligt Single Rail Power Supply ATX12VO designguide som officiellt publicerades av Intel i maj 2020, listade guiden detaljerna för 12V -design och den stora fördelen som inkluderade högre effektivitet och lägre elektriska avbrott.

Effektvärde

Det totala effektuttaget på en nätaggregat är begränsat av det faktum att alla matningsskenor kommer genom en transformator och någon av dess primära sidokretsar, som kopplingskomponenter . Totala strömkrav för en persondator kan sträcka sig från 250 W till mer än 1000 W för en högpresterande dator med flera grafikkort. Persondatorer utan särskilt högpresterande processorer eller grafikkort kräver vanligtvis 300 till 500 W. Strömförsörjningar är utformade cirka 40% större än den beräknade systemets strömförbrukning . Detta skyddar mot försämrad systemprestanda och mot överbelastning av strömförsörjningen. Nätaggregat märka deras totala makt utgång, och etikett hur detta bestäms av de elektriska ström gränserna för var och en av de spänningar som levereras. Vissa nätaggregat har skydd mot överbelastning.

Systemets energiförbrukning är en summa av effektvärdena för alla komponenter i datorsystemet som drar på strömförsörjningen. Vissa grafikkort (särskilt flera kort) och stora grupper av hårddiskar kan ställa mycket höga krav på 12V -linjerna i PSU: n, och för dessa belastningar är PSU: s 12 V -klassning avgörande. Den totala 12 V -märkningen på strömförsörjningen måste vara högre än strömmen som krävs för sådana enheter så att nätaggregatet kan tjäna systemet fullt ut när dess andra 12 V -systemkomponenter beaktas. Tillverkarna av dessa datorsystemkomponenter, särskilt grafikkort, tenderar att överskatta sina strömkrav för att minimera supportproblem på grund av för låg strömförsörjning.

Effektivitet

Se även: Grön dator och 80 Plus

Olika initiativ finns för att förbättra datorns strömförsörjningar. Climate Savers Computing Initiative främjar energibesparingar och minskning av växthusgasutsläpp genom att uppmuntra utveckling och användning av mer effektiva strömförsörjningar. 80 Plus certifierar en mängd olika effektivitetsnivåer för strömförsörjningar och uppmuntrar dem att användas via ekonomiska incitament. Effektiva strömförsörjningar sparar också pengar genom att slösa mindre ström; som ett resultat använder de mindre el för att driva samma dator, och de avger mindre spillvärme vilket resulterar i betydande energibesparingar på central luftkonditionering på sommaren. Vinsterna med att använda en effektiv strömförsörjning är större på datorer som använder mycket ström.

Även om en strömförsörjning med en högre effektnivå än nödvändig kommer att ha en extra säkerhetsmarginal mot överbelastning, är en sådan enhet ofta mindre effektiv och slösar mer el vid lägre belastningar än en enhet av lämpligare storlek. Till exempel kan en 900-watts strömförsörjning med 80 Plus Silver- effektivitet (vilket innebär att en sådan strömförsörjning är konstruerad för att vara minst 85% effektiv för laster över 180 W) endast vara 73% effektiv när belastningen är lägre över 100 W, vilket är en typisk inaktiv effekt för en stationär dator. För en 100 W belastning skulle förlusterna för denna matning således vara 27 W; om samma strömförsörjning sattes under en 450 W belastning, för vilken strömförsörjningens effektivitet når 89%, skulle förlusten bara vara 56 W trots att den levererade 4,5 gånger användbar effekt. För en jämförelse kan en 500-watts strömförsörjning med 80 Plus Bronze- effektivitetsklass (vilket innebär att en sådan strömförsörjning är konstruerad för att vara minst 82% effektiv för belastningar över 100 W) ge 84% effektivitet för en 100 W belastning, slösar bara 19 W. Andra betyg som 80 plus guld, 80 plus platina och 80 plus titan ger också samma betyg respektive. 80 plus guld ger 87% effektivitet under 100% belastning, 80 plus platina ger 90% effektivitet och 80 plus titan ger bästa effektivitet vid 94%. [1]

En strömförsörjning som är självcertifierad av tillverkaren kan göra anspråk på utgångsvärden dubbelt eller mer än vad som faktiskt tillhandahålls. För att ytterligare komplicera denna möjlighet, när det finns två skenor som delar kraft genom nedreglering, händer det också att antingen 12 V-skenan eller 5 V-skenan överbelastas långt under kraftens totala nominella effekt. Många strömförsörjningar skapar sin 3,3 V-effekt genom att nedreglera deras 5 V-skena, eller skapa 5 V-utgångar genom att nedreglera sina 12 V-skenor. De två berörda skenorna är märkta på strömförsörjningen med en kombinerad strömgräns. Till exempel5  V och3.3  V -skenor är märkta med en kombinerad total strömgräns. För en beskrivning av det potentiella problemet kan en 3,3 V -skena ha ett 10 A -betyg i sig (33  W ), och 5 V -skenan kan ha en20  A -betyg (100  W ) i sig, men de två tillsammans kanske bara kan mata ut 110 W. I det här fallet skulle laddning av 3,3 V -skenan maximalt (33 W) lämna 5 V -skenan endast att kunna ge 77 W.

Ett test 2005 visade att datorns nätaggregat i allmänhet är cirka 70–80% effektiva. För en 75% effektiv strömförsörjning för att producera 75 W likströmseffekt skulle det kräva 100 W AC -ingång och släppa ut de återstående 25 W i värme. Strömförsörjningar av högre kvalitet kan vara över 80% effektiva. Som ett resultat slösar energieffektiva PSU: er mindre energi i värme och kräver mindre luftflöde för att svalna, vilket resulterar i tystare drift.

Från och med 2012 kan vissa avancerade konsumentnätaggregat överstiga 90% effektivitet vid optimala lastnivåer, men kommer att minska till 87–89% effektivitet vid tunga eller lätta laster. Googles servernät är mer än 90% effektiva. HP : s servernät har nått 94% effektivitet. Standardnätaggregat som säljs för serverarbetsstationer har cirka 90% effektivitet från och med 2010.

Energieffektiviteten hos en strömförsörjning sjunker betydligt vid låga belastningar. Därför är det viktigt att matcha strömförsörjningens kapacitet med datorns strömbehov. Effektiviteten toppar i allmänhet med cirka 50–75% belastning. Kurvan varierar från modell till modell (exempel på hur denna kurva ser ut kan ses på testrapporter om energieffektiva modeller som finns på 80 Plus- webbplatsen ).

Utseende

Olika kontakter tillgängliga från en datorns nätaggregat
PSU -mått
PSU
-standard 		Bredd
(mm) 		Höjd
(mm) 		Djup
(mm) 		Volym
(l)
ATX12V / BTX 150 86 140 1.806
ATX stor 150 86 180 2.322
ATX - EPS 150 86 230 2.967
CFX12V 101,6+48,4 86 096 0,838+0,399
SFX12V 125 63,5 100 0,793
TFX12V 085 64 175 0,952
LFX12V 062 72 210 0,937
FlexATX 081,5 40,5 150 0,495

De flesta nätaggregat för stationära datorer är en fyrkantig metalllåda och har ett stort bunt trådar som kommer från ena änden. Mittemot trådbunten finns strömförsörjningens baksida, med en luftventil och en IEC 60320 C14 -kontakt för att leverera växelström. Det kan finnas en strömbrytare och/eller en spänningsväljare. Historiskt sett var de monterade på den övre delen av datorhöljet och hade två fläktar: en, inuti höljet, som drar luft mot strömförsörjningen, och en annan, som suger ut luft från strömförsörjningen till utsidan. Många strömförsörjningar har en enda stor fläkt inuti höljet och är monterade på den nedre delen av fodralet. Fläkten kan alltid vara på eller slå på och variera dess hastighet beroende på belastningen. Vissa har inga fläktar, och kyls därför helt passivt.

En etikett på ena sidan av lådan innehåller teknisk information om strömförsörjningen, inklusive säkerhetscertifieringar och maximal uteffekt. Vanliga certifieringsmärken för säkerhet är UL -märket , GS -märket , TÜV , NEMKO , SEMKO , DEMKO, FIMKO, CCC , CSA , VDE , GOST R -märket och BSMI. Vanliga certifikatmärken för EMI/RFI är CE-märket , FCC och C-tick. CE -märket krävs för strömförsörjningar som säljs i Europa och Indien. En RoHS eller 80 Plus kan också ses ibland.

Mått på en ATX -strömförsörjning är 150 mm bredd, 86 mm höjd och vanligtvis 140 mm djup, även om djupet kan variera från märke till märke.

Vissa strömförsörjningar levereras med ärmkablar, som förutom att vara mer estetiskt tilltalande också gör kablarna enklare och har en mindre skadlig effekt på luftflödet.

Anslutningar

Normalt har nätaggregat följande kontakter (alla är Molex (USA) Inc Mini-Fit Jr, om inte annat anges):

  • ATX -moderkortskontakt (vanligtvis kallad P1 ): Detta är kontakten som går till moderkortet för att förse det med ström. Anslutningen har 20 eller 24 stift. En av stiften tillhör PS-ON-kabeln (den är vanligtvis grön). Denna kontakt är den största av alla kontakter. I äldre AT -strömförsörjningar delades denna kontakt i två: P8 och P9 . En strömförsörjning med en 24-polig kontakt kan användas på ett moderkort med en 20-polig kontakt. I de fall moderkortet har en 24-polig kontakt, kommer vissa strömförsörjningar med två kontakter (en med 20-stift och en annan med 4-stift, dvs 20+4-stifts form) som kan användas tillsammans för att bilda 24- stiftkontakt.
  • 12V endast strömkontakt (märkt P1 , även om det inte är kompatibelt med ATX 20 eller 24-polig kontakt): Detta är en 10 eller 16-polig Molex-kontakt som förser moderkortet med tre eller sex 12 V-linjer med gemensamma returer, en OK -signal, en "PSU ON" -signal och en 12 eller 11 V hjälpmatning. En nål lämnas oanvänd.
  • Endast 12V Systemövervakning ( P10 ): Detta är en 171822-8 AMP eller motsvarande kontakt som försörjer nätaggregatets fläkt och känner av returer.
  • ATX12V 4-polig strömkontakt (även kallad P4-strömkontakt ). En andra kontakt som går till moderkortet (förutom den 24-poliga ATX-moderkortskontakten) för att leverera dedikerad ström till processorn. 4+4-polig För bakåtkompatibilitet, vissa kontakter avsedda för avancerade moderkort och processorer, krävs mer ström, därför har EPS12V en 8-polig kontakt.
  • 4-polig perifer strömkontakt
    4-poliga perifera strömkontakter: Det här är de andra, mindre kontakterna som går till datorns olika hårddiskar . De flesta av dem har fyra trådar: två svarta, en röd och en gul. Till skillnad från den amerikanska standard elnätet elektrisk tråd färgkodning , varje svarta ledningen är en jord , den röda ledningen är 5 V, och den gula ledningen är 12 V. I vissa fall är dessa används också för att ge ytterligare effekt till PCI-kort sådana som FireWire 800 -kort.
  • 4-poliga Molex (Japan) Ltd- strömkontakter (brukar kallas Mini-kontakt , mini-Molex eller Berg-kontakt ): Detta är en av de minsta kontakterna som ger en 3,5-tums diskettenhet med ström. I vissa fall kan den användas som en extra kontakt för grafikkort med Accelerated Graphics Port (AGP). Dess kabelkonfiguration liknar den perifera kontakten.
  • Extra strömkontakter: Det finns flera typer av hjälpkontakter, vanligtvis i 6-polig form, utformade för att ge ytterligare ström om det behövs.
  • Seriella ATA- strömkontakter: en 15-polig kontakt för komponenter som använder SATA-strömkontakter. Den här kontakten levererar ström vid tre olika spänningar: +3,3, +5 och +12 V, i tre stift per ledning, en som är konstruerad för att ladda upp kapacitiva belastningar för varmpluggade konstruerade bakplan .
  • 6-stifts De flesta moderna datorns nätaggregat inkluderar sexstiftskontakter som vanligtvis används för PCI Express- grafikkort, men en nyligen introducerad åttastiftskontakt bör ses på de senaste modellerna. Varje 6-stifts PCI Express-kontakt kan ge max 75 W.
  • 6+2-stift För bakåtkompatibilitet har vissa kontakter konstruerade för användning med avancerade PCI Express- grafikkort denna typ av stiftkonfiguration. Det gör det möjligt att ansluta antingen ett sexstiftskort eller ett åttastiftskort med hjälp av två separata anslutningsmoduler som är anslutna till samma hölje: en med sex stift och en annan med två stift. Varje PCI Express 8-polig kontakt kan mata ut max 150 W.
  • En IEC 60320 C14 -kontakt med en lämplig C13 -kabel används för att ansluta strömförsörjningen till det lokala elnätet.

Modulära strömförsörjningar

En halvmodulär strömförsörjning till vänster och en icke-modulär strömförsörjning till höger

En modulär strömförsörjning tillhandahåller ett löstagbart kabelsystem som erbjuder möjlighet att ta bort oanvända anslutningar på bekostnad av en liten mängd extra elektrisk motstånd som införs av den extra kontakten. Detta minskar röran, tar bort risken för att dinglande kablar stör andra komponenter och kan förbättra luftflödet. Många halvmodulära förbrukningsmaterial har några permanenta flertrådskablar med kontakter i ändarna, till exempel ATX-moderkort och 8-polig EPS , även om nyare förbrukningsmaterial som marknadsförs som "helt modulära" gör att även dessa kan kopplas bort. Stifttilldelningen för de löstagbara kablarna är endast standardiserad på utgångsänden och inte på den ände som ska anslutas till strömförsörjningen. Således får kablarna till en modulär strömförsörjning endast användas med denna specifika modulära strömförsörjningsmodell. Användning med en annan modulär strömförsörjning, även om kabeln prima facie verkar vara kompatibel, kan leda till fel stifttilldelning och kan därmed leda till skador på anslutna komponenter genom att mata 12V till ett 5V eller 3.3V stift.

Andra formfaktorer

Small Form Factor med en 12 V -kontakt (SFX12V) -konfiguration har optimerats för systemformat med liten formfaktor (SFF), t.ex. microATX . Strömförsörjningens låga profil passar enkelt in i dessa system.

Thin Form Factor med en 12 V -kontakt (TFX12V) -konfiguration har optimerats för små och lågprofilade Mini ITX- och Mini DTX -systemlayouter. Strömförsörjningens långa smala profil passar enkelt in i lågprofilsystem. Kylfläktens placering kan användas för att effektivt suga ut luft från processorn och kärnområdet på moderkortet, vilket möjliggör mindre och mer effektiva system med vanliga industrikomponenter.

De flesta bärbara datorer har strömförsörjning som ger 25 till 200 W. I bärbara datorer (t.ex. bärbara datorer ) finns vanligtvis en extern strömförsörjning (ibland kallad "power brick" på grund av dess likhet, i storlek, form och vikt, till en riktig tegelsten ) som omvandlar växelström till en likspänning (oftast 19 V), och ytterligare DC-DC-konvertering sker inom den bärbara datorn för att leverera de olika likspänningar som krävs av de andra komponenterna i den bärbara datorn.

Extern strömförsörjning kan skicka data om sig själv (ström, ström och spänning) till datorn. Till exempel använder äkta Dell- strömkälla 1-Wire- protokoll för att skicka data via en tredje kabel till den bärbara datorn . Den bärbara datorn vägrar sedan en adapter som inte matchar.

Vissa datorer använder en 12-volts nätspänning. Alla andra spänningar genereras av spänningsregulatormoduler på moderkortet.

  • En SFX -formfaktor PSU

  • En TFX -formfaktor PSU

  • En FlexATX formfaktor PSU

  • Ett tidigare använt AT PSU, mekaniskt av samma storlek som ATX PSU: erna

  • PS3 -strömförsörjning, kortare än ATX, endast 300 W max (får inte förväxlas med PlayStation 3 )

  • En adapter som gör att en SFX PSU kan ersätta en ATX eller PS3 PSU

Livslängd

Livslängd anges vanligtvis under tiden mellan fel (MTBF), där högre MTBF -betyg indikerar längre livslängd och bättre tillförlitlighet. Att använda elektriska komponenter av högre kvalitet till lägre än deras maxvärden eller ge bättre kylning kan bidra till en högre MTBF -klassning eftersom lägre spänning och lägre driftstemperaturer minskar komponentfel.

Ett uppskattat MTBF -värde på 100 000 timmar (ungefär 140 månader) vid 25 ° C och under full belastning är ganska vanligt. Ett sådant betyg förväntar sig att 77% av nätaggregatsenheterna under de beskrivna förhållandena kommer att fungera felfria under tre år (36 månader). på motsvarande sätt förväntas 23% av enheterna misslyckas inom tre års drift. För samma exempel förväntas endast 37% av enheterna (färre än en halv) hålla 100 000 timmar utan att misslyckas. Formeln för beräkning av förutsagd tillförlitlighet , R (t) , är

R ( t ) = e - t/t MTBF

där t är driftstiden i samma tidsenheter som MTBF -specifikationen, e är 2,71828, och t MTBF är MTBF -värdet som specificeras av en tillverkare.

Strömförsörjning för servrar, industriell kontrollutrustning eller andra platser där tillförlitlighet är viktigt kan vara hot -swappable och kan innehålla N +1 redundans och avbrottsfri strömförsörjning ; om N -strömförsörjning krävs för att uppfylla belastningskravet, installeras en extra för att ge redundans och möjliggöra byte av en felaktig strömförsörjning utan stillestånd.

Kopplingsscheman

Pinouts av ATX 2.x strömkortskontakter på moderkortet, 24-polig (upptill) och fyra-stift "P4" (nedtill), sett i anslutningssidan av kontakterna
24-stifts ATX-moderkortskontakt; stiften 11, 12, 23 och 24 bildar en löstagbar separat fyrpolig kontakt, vilket gör den bakåtkompatibel med 20-poliga ATX-uttag

Testning

En "strömförsörjningstester" är ett verktyg som används för att testa funktionaliteten hos en dators strömförsörjning. Testare kan bekräfta förekomsten av rätt spänning vid varje strömförsörjningskontakt. Testning under belastning rekommenderas för de mest exakta avläsningarna.

  • ATX PSU -testare med LCD

  • ATX PSU -testare med LED -indikatorer

  • Krusningstester utförs med extern last- och övervakningsutrustning

Övervakning

Spänningen i PSU kan övervakas av systemmonitorn för de flesta moderna moderkort. Detta kan ofta ske genom ett avsnitt i BIOS eller när ett operativsystem körs genom en systemmonitor program som lm_sensors på Linux , envstat på NetBSD , sysctl hw.sensors på OpenBSD och DragonFly BSD , eller SpeedFan på Windows.

De flesta strömförsörjningsfläktar är inte anslutna till hastighetssensorn på moderkortet och kan därför inte övervakas, men vissa avancerade PSU kan tillhandahålla digital kontroll och övervakning, och detta kräver anslutning till fläkthastighetssensorn eller USB-porten på moderkortet .

Se även

Anteckningar

Referenser

Vidare läsning

ATX -specifikationer för strömförsörjning

externa länkar

Datorkraftkalkylatorer