Zasilacze komputerowe

DEFINICJA Zasilacz komputera − jest komponentem dostosowującym poziom napięcia i prądu z sieci energetycznej do wymagań zasilanego urządzenia. W Europie sieć energetyczna dostarcza napięcie zmienne o wartości 230V. Zadaniem zasilacza jest wytworzenie odpowiednich napięć i zapewnienie utrzymania ich wartości przy określonym poborze prądu przez elementy systemu komputerowego. urządzenie, które służy do przetwarzania napięcia zmiennego dostarczanego z sieci energetycznej (100 -127V w Ameryce Północnej, części Ameryki Południowej, Japonii i Tajwanie, 220 -240V w pozostałej części świata) na niskie napięcia stałe, niezbędne do pracy komponentów komputera.

W zależności od budowy wyróżniamy: Zasilacze impulsowe Zasilacze transformatorowe

Zasilacze transformatorowe Kluczowym elementem urządzenia jest transformator, który przenosi energie z jednego obwodu elektrycznego do drugiego przy wykorzystaniu zjawiska indukcji magnetycznej. Zasilacze te charakteryzują się dużymi gabarytami i spora wagą. Ich minusem jest linowy charakter, co powoduje że wahania napięcia wejściowego mają znaczny wpływ na poziom napięcia wyjściowego.

Zasilacze impulsowe Sercem zasilacza impulsowego jest impulsowa przetwornica napięcia dostosowująca prąd i napięcie do potrzeb urządzenia. Przetwornica dzieli napięcie z dużą częstotliwością, co pozwala na wykorzystanie o wiele mniejszych transformatorów. Budowa zasilacza impulsowego jest bardziej skomplikowana od liniowego, jednak a parametry pracy są lepsze. Zaletą jest duża tolerancja na wahania zasilacza – skoki napięcia wejściowego powodują stosunkowo niewielkie wahania napięcia wyjściowego. Zasilacze impulsowe charakteryzują się niewielkimi rozmiarami i mała wagą. Ze względu na większą sprawność i mniejsze wymiary w komputerach wykorzystuje się zasilacze impulsowe

Podział zasilaczy Ze wzglądu na standard obudowy komputera i płyty głównej zasilacze dzielą się na: zasilacze AT - które można odróżnić po tym, że mają własny włącznik. Przez to nie mogą być kontrolowane z płyty; zasilacze ATX - które można odróżnić po tym, że włączanie i wyłączenie zasilacza jest sterowane przez płytę główną, co daje wsparcie dla funkcji takich jak tryb czuwania.

Podział zasilaczy Warto zwrócić uwagę, że niektórzy producenci, zwłaszcza Compaq i Dell, stosują zasilacze z gniazdami typowymi dla ATX, ale o innych napięciach i zmienionej kolejności pinów. Łączenie takich zasilaczy z płytami ATX może prowadzić do uszkodzenia płyty bądź zasilacza.

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

Chłodzenie zasilacza W zasilaczach stosowane jest chłodzenie wymuszone - najczęściej przez wentylator o średnicy 80 mm. 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.

Chłodzenie zasilacza Wentylator jest głównym źródłem hałasu generowanego przez zasilacz, choć przy dużych obciążeniach może pojawić się brzęczenie generowane przez cewki.

Urządzenia podłączane do zasilacza komputerowego W komputerach osobistych do zasilacza podłączone są: płyta główna dysk lub dyski twarde napędy (optyczne, taśmowe, np. CD-ROM, DVD-ROM, ZIP, JAZ, napędy dysków magnetooptycznych, FDD itp.) niektóre karty graficzne wymagające podłączenia dodatkowego zasilania (wtyczki PCI-E 6 i 8 pin) inne urządzenia znajdujące się wewnątrz komputera, np. wentylatory czy dodatkowe panele podłączane podobnie 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.)

Wartości napięć zasilacza ATX Wartości napięć poszczególnych linii zasilających: + 12 V – linia do zasilania najbardziej prądożernych komponentów – procesora i karty graficznej; + 5 V – linia do zasilania dysków twardych, napędów optycznych, częściowo karty graficznej; + 3,3 V – linia dostarczająca napięcie do chipsetu, pamięci RAM, kart rozszerzeń, zintegrowanego układu sieciowego, kontrolera USB, częściowo procesora.

Oznaczenia kolorystyczne napięć Lp. Wartość napięcia Kolor przewodu 1. + 5 V czerwony 2. + 3,3 V pomarańczowy 3. + 12 V żółty 4. - 5 V biały 5. -12 V niebieski 6. sygnał włączenia szary 7. Masa czarny

Wtyczki zasilacza ATX MPC (Main Power Connector), oznaczana P1 Główna wtyczka zasilacza ATX podłączana do płyty głównej (w starszych zasilaczach AT wtyczka była podzielona na dwie oznaczone P8 i P9). Obecny standard ATX przewiduje 24 piny. Część zasilaczy jest wyposażonych w złącze 24-pinowe, które można rozłączyć na dwie części (20+4 piny) i wykorzystać ze starszymi płytami o gnieździe 20-pinowym. Niektóre zasilacze ATX posiadają dwie wtyczki - 20-pinową i 4-pinową, które można podłączyć jednocześnie do gniazda 24-pinowego.

Wtyczki zasilacza ATX

Wtyczki zasilacza ATX ATX12V / EPS12V (4-pin), oznaczana P4 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.

Wtyczki zasilacza ATX ATX12V / EPS12V (8-pin) Rozszerzona wersja wtyczki ATX12V/ESP12V 4-pin, która pojawiła się wraz z wprowadzeniem chipsetu Intel 975. Stosowane w płytach serwerowych i komputerach profesjonalnych, których procesory pobierają większą moc.

Wtyczki zasilacza ATX PCI-E (6/8 pinów) Wtyczka zasilająca karty graficzne. Większość 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. Ze względu na kompatybilność wstecz stosuje się także złącza 6+2 piny, co pozwala zasilać karty PCI-Express z gniazdami zarówno 6 jak i 8-pinowymi

Wtyczki zasilacza ATX AUX lub APC (Auxiliary Power Connector) 6 pinów. Używana w starszych płytach głównych, które potrzebowały napięć 3,3 V i 5 V o większym natężeniu prądu. Konieczność jej podłączenia jest zależna od konfiguracji sprzętowej komputera. Usunięta w ATX v2.2.

Wtyczki zasilacza ATX Molex – 4 pinowa Jeden z najstarszych wtyków, wykorzystywany do zasilania dysków twardych i napędów optycznych typu ATA, dodatkowych elementów płyty głównej, kart graficznych i wielu innych urządzeń (np. interfejsów FireWire 800 w postaci kart PCI). Dostarcza napięć +5V i +12V. Złącze te w tej chwili jest coraz rzadziej wykorzystywane, wypierają je wtyki SATA i PCI-E.

Wtyczki zasilacza ATX Molex mini - 4 pinowe Jeden z najmniejszych wtyków, zasilający stacje dyskietek. W niektórych przypadkach dostarcza też dodatkową moc do kart wideo AGP.

Wtyczki zasilacza ATX SATA Connector – 15 pinowe Wtyczka o 15 pinach zasilająca dyski twarde i optyczne standardu Serial ATA. Dostarcza trzech napięć: +3,3V, +5V i +12V.

Moc znamionowa zasilacza Zasilacze komputerowe są klasyfikowane na podstawie maksymalnej mocy wyjściowej. Typowe zakresy mocy zasilaczy dla komputerów domowych i biurowych wynoszą od 300 W do 500 W (dla komputerów miniaturowych - poniżej 300 W). Zasilacze stosowane w komputerach dla graczy mają 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 głównie do dużych serwerów i w mniejszym stopniu do ekstremalnie rozbudowanych komputerów wyposażonych w kilka procesorów, wiele dysków twardych i kilka kart graficznych.

Moc znamionowa zasilacza

Tabliczka znamionowa Etykietka umieszczona na boku zasilacza zawiera informacje dotyczące maksymalnej mocy wyjściowej i certyfikatów. Najbardziej popularne oznaczenia bezpieczeństwa to znak UL, znak GS, TÜV, NEMKO, SEMKO, DEMKO, FIMKO, CCC, CSA, VDE, GOST R i BSMI. Oznaczenia dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej to znak CE, FCC i C-Tick. Oznaczenie CE jest wymagane dla zasilaczy sprzedawanych w Europie i Indiach. Norma Unii Europejskiej EN61000-3-2 wymaga aby każdy zasilacz wyposażony był w układ PFC (Power Factor Correction).

PFC Układ PFC PFC (Współczynnik Korekcji Mocy) jest to technika, która umożliwia przeciwdziałanie niechcianym efektom powodowanym przez ładunki elektryczne w obwodach prądu zmiennego, w których znajdują się cewki i kondensatory wywołujące efekt mocy biernej. Moc ta wraz z mocą czynną daje moc pozorną, za którą płacimy. Im wyższa moc bierna tym mniej efektywne urządzenie, a większe rachunki za energię elektryczną. Tak więc, im wyższy współczynnik PF (Power Factor –współczynnik mocy cosφ), tym zasilacz jest w stanie lepiej przetworzyć prąd wejściowy w użyteczną moc.

PFC Układy PFC korygują przesunięcie w fazie prądu wejściowego względem napięcia wejściowego. W idealnym przypadku powoduje on uzyskanie zerowego (w praktyce zbliżonego do zera) przesunięcia fazowego, przez co otrzymujemy korzystniejszy współczynnik mocy cos φ dochodzący do 0,95-0,99. Dla porównania w zasilaczach bez PFC rzadko przekracza on 0,75.

Zabezpieczenia zasilacza Zasilacz, dostarczając energię do poszczególnych elementów komputera, może stać się też przyczyną ich uszkodzenia. Ze względu na wahania parametrów napięcia w sieci energetycznej, każdy zasilacz powinien posiadać szereg wbudowanych zabezpieczeń, chroniących zarówno komputer jak i sam zasilacz: OVP (Over Voltage Protection) – zabezpieczenie przed zbyt wysokim napięciem wyjściowym. Działa na każdej linii wyjściowej zasilacza i aktywuje się, gdy napięcie jest wyższe o 15% w stosunku do wartości nominalnej. Wymagane przez normę ATX12V.

Zabezpieczenia zasilacza UVP (Under Voltage Protection) – zabezpieczenie 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) – zabezpieczenie przed przeciążeniem stabilizatora. Monitoruje każdą linię zasilającą z osobna i w przypadku przeciążenia którejkolwiek z nich powoduje wyłączenie zasilacza. Wymagane jest przez normę ATX12V.

Zabezpieczenia zasilacza OLP lub OPP (Over Load Protection lub 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 lub z powodu awarii wentylatora. 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.

Zabezpieczenia zasilacza IOVP (Input Over Voltage Protection) i IUVP (Input Under Voltage Protection) – zabezpieczenie zasilacza przed zbyt wysokim lub zbyt niskim napięciem wejściowym. Stosowane jest głównie w zasilaczach z manualnym przełącznikiem napięcia wejściowego (115V lub 230V).

Dobór zasilacza

Zasilacz komputerowy jest jednym z najbardziej niedocenianych komponentów komputera klasy PC. Większość niedoświadczonych użytkowników szuka oszczędności i wybiera najtańsze modele. Jednak zasilacz o nieodpowiednich parametrach może znacznie zmniejszyć stabilność i wydajność komputera, a nawet doprowadzić do uszkodzenia innych podzespołów.

Podczas wyboru zasilacza warto zwrócić uwagę na następujące parametry: Zgodność z normami ATX - dobry zasilacz powinien być wyprodukowany zgodnie z aktualną specyfikacją ATX. Zakres napięć wejściowych [V] określa w jakim zakresie napięć zasilacz jest w stanie generować sygnał wyjściowy. Całkowita moc wyjściowa (szczytowa) [W] aby obliczyć dokładną całkowitą moc wyjściową, jaką może wygenerować zasilacz, sumujemy iloczyn dodatnich napięć i prądów wyjściowych np. (3,3 V*14A)+ (5 V*30A)+ (12 V*12A)= 46,2+150+144= 340,2W. Nominalna moc wyjściowa (ciągła) [W] – moc zasilacza w której bierze się pod uwagę ograniczenia obciążenia linii 3,3V i 5V wpływające na całą charakterystykę zasilacza. Nie znając jej wartości, można przyjąć, że jest to około 80% całkowitej mocy wyjściowej.

Podczas wyboru zasilacza warto zwrócić uwagę na następujące parametry: Sprawność energetyczna [%] – parametr oblicza się jako stosunek mocy prądu stałego na wyjściu do mocy pobranej na wejściu. Im wyższa sprawność energetyczna zasilacza, tym mniejsze straty energii oraz mniejsza emisja ciepła. Poziom hałasu [dB] zasilacze wyposażone są najczęściej w wentylatory, które stają się później źródłem hałasu. Droższe zasilacze mogą mieć bardziej wyrafinowane systemy chłodzenia powodujące zmniejszoną emisję. Wahania napięć wyjściowych – dobre zasilacze powinny charakteryzować się stosunkowo dużą odpornością na wahania napięć wejściowych.

Zasilacze awaryjne UPS

Zasilacze awaryjne UPS (ang Zasilacze awaryjne UPS (ang. Uninterruptible Power Supply – zasilacz bezprzerwowy) Zasilacz awaryjny UPS jest urządzeniem umożliwiającym pracę innym urządzeniom elektrycznym podczas przerwy w dostawie prądu. Dodatkowo stanowi rodzaj filtra sieciowego i poprawia stabilność dostarczanego napięcia oraz pełni funkcję bezpiecznika przepięciowego. Najnowszymi UPS-ami można zarządzać za pomocą oprogramowania dostarczanego przez producenta. Konfiguracja urządzenia zależy od zaistniałej sytuacji np. można ustawić opcję wysyłania sygnału zamknięcia systemu operacyjnego, gdy bateria urządzenia UPS jest rozładowana w 70%.

Podstawą zasilacza UPS jest akumulator, który dostarcza energię elektryczną w razie zaniku napięcia w sieci energetycznej. Przełączenie na akumulator następuje automatycznie w momencie, gdy urządzenie wykryje krótki zanik napięcia lub jego całkowity brak. Czas podtrzymania zasilania przez UPS zależy od pojemności akumulatorów i od obciążenia na wyjściach urządzenia.

Pamiętajmy, aby po pierwszym podłączeniu UPS-a do sieci elektrycznej ładować go przynajmniej przez kilka godzin

Przed czym chroni UPS Podstawową ochroną i funkcją, którą oferują zasilacze awaryjne, jest zabezpieczenie przed zanikiem prądu w sieci elektrycznej - skutkiem tego jest najczęściej utrata danych (w momencie nagłej awarii nie jesteśmy w stanie zapisać wyników pracy). Oprócz tego UPS, podobnie jak dobra listwa zasilająca, jest wyposażony w specjalne filtry. Chronią one nasz pecet przed skutkami wyładowań atmosferycznych i przepięciami w sieci elektrycznej. Zalety UPS-a docenimy także, wykonując na przykład aktualizację BIOS-u. Wyłączenie się komputera podczas tego procesu może przecież doprowadzić do nieodwracalnej awarii sprzętu.

Podział zasilaczy awaryjnych UPS: Off-line Line-interactive On-line

Odmiany zasilaczy UPS Większość wyprodukowanych dzisiaj zasilaczy awaryjnych małej mocy budowana jest w technologii line-interactive. Podczas normalnej pracy UPS przekazuje napięcie wejściowe bezpośrednio na wyjście, ładując jednocześnie akumulatory za pomocą prostownika. Podczas wykrycia awarii zasilania urządzenie uruchamia rozłącznik i synchronicznie do przebiegu sieciowego włącza falownik dostarczając na wyjście UPSa energię wewnętrzną akumulatorów.

Odmiany zasilaczy UPS Kolejna odmiana zasilaczy awaryjnych to urządzenie typu off-line w których napięcie wejściowe jest bezpośrednio przekazywane na wyjście UPSa. Dodatkowo zasilacz awaryjny dokonuje pomiarów parametrów zasilania i ładuje wewnętrzne akumulatory. W momencie zaniku zasilania urządzenie przełącza się na zasilanie z akumulatorów poprzez wewnętrzny falownik, odłączając się całkowicie od sieci energetycznej.

Odmiany zasilaczy UPS Zasilacze UPS średniej mocy to zazwyczaj urządzenia on-line, w których napięcie sieciowe 230V zamienione zostaje na napięcie stałe służące do ładowania akumulatorów które następnie ponownie zamieniane jest na postać sinusoidalną. Tego typu zasilacze UPS całkowicie odseparowują urządzenia zasilane od sieci energetycznej.

Stan pracy UPS-a pokazują na bieżąco diody na przednim panelu urządzenia

Co jeszcze potrafi UPS? Oprócz peceta do UPS-a możemy podłączyć także inne urządzenia (poza drukarkami laserowymi i silnikami elektrycznymi). Dodatkowo część zasilaczy awaryjnych pozwala także zabezpieczać urządzenia podłączone do sieci komputerowej i telefonicznej. Modele takie mają dwa gniazda - wejściowe i wyjściowe - do których podłączamy linię telefoniczną lub kabel sieciowy.

Na dobór zasilacza maja wpływ następujące elementy: Charakterystyka obciążenia urządzeń wyjściowych – określa jaka część mocy całkowitej wyrażonej w woltoamperach [VA] jest wykorzystywana przez komputer PC. Urządzenia informatyczne mają nieliniowy charakter obciążenia, dlatego wydajność prądowa w tym przypadku powinna być większa niż w zasilaczach dla urządzeń liniowych. Pobierana moc urządzeń wyjściowych – moc zasilacz awaryjnego wyrażona w woltoamperach [VA] powinna być dwa razy większa niż moc chronionego zestawu komputerowego. Czas podtrzymania (min)- na czas podtrzymywania przez zasilacz UPS zestawu zabezpieczanego wpływa prede wszystkim pojemność zastosowanych akumulatorów, a także moc zestawu komputerowego.

DZIĘKUJĘ

Budowa zasilacza Każdy zasilacz sieciowy napięcia stałego musi składać się z bloku obniżającego napięcie sieci, czyli transformatora i układu zamieniającego obniżone napięcie przemienne na stałe, czyli układu prostownika. Napięcie wyjściowe takiego zasilacza powinno być o małych tętnieniach, dlatego najczęściej wyposaża się go w odpowiedni układ filtrujący, który nie pozwoli na zmianę napięcia wyjściowego.

Transformator Transformator (z łac. transformare – przekształcać) – urządzenie elektryczne służące do przenoszenia energii elektrycznej prądu przemiennego drogą indukcji z jednego obwodu elektrycznego do drugiego, z zachowaniem pierwotnej częstotliwości. http://pl.wikipedia.org/wiki/Transformator

Transformator Transformator umożliwia w ten sposób zmianę napięcia wyższego na niższe lub odwrotnie. http://pl.wikipedia.org/wiki/Transformator

Prostownik – mostek Graetz’a Mostek Graetz’a to pełnookresowy prostownik składający się z czterech diod prostowniczych połączonych w specyficzny układ prostujący prąd przy wykorzystaniu obu połówek napięcia przemiennego (prostownik dwupołówkowy).

Prostownik – mostek Graetz’a W układzie takim niezależnie od kierunku przepływu prądu na wejściu prąd na wyjściu płynie zawsze w tę samą stronę. W określonej chwili dwie z diod pracują przy polaryzacji w kierunku przewodzenia, a dwie w kierunku zaporowym; przy zmianie kierunku prądu wejściowego te pary zamieniają się rolami.

Układ filtrujący Zadaniem układu filtrującego jest zmniejszenie tętnień sygnału (zmniejszenie amplitudy). Układ składa się z kondensatorów i cewki z rdzeniem.

Filtry napięć zasilających W celu zmniejszenia tętnień napięcia, miedzy układem prostownika, a obciążeniem wstawia się filtr dolnoprzepustowy. L L R C C C C C Rys. Schemat układów do filtrowania napięć zasilających Większość urządzeń elektronicznych wymaga jak najmniejszych tętnień (mniejszych od 0,01%). Do tłumienia tętnień służą obwody RC lub LC, zwane filtrami. W zasilaczach komputerowych jako urządzeniach większych mocy stosuje się filtry LC.

Funkcja stabilizatora napięcia Podstawową funkcją stabilizatora jest zapewnienie dostatecznie stabilnego napięcia. Stabilizacja napięcia zależna jest od tolerancji i parametrów danego układu. Często, choć nie zawsze, stabilizator jest poprzedzony zasilaczem sieciowym (transformator, prostownik i filtr). Stabilizator zintegrowany z częścią sieciową może stanowić samodzielny zasilacz. 1 INPUT- wejście 2. OUTPUT- wyjście 3. ADJ- regulacja (sterowanie) 2 3

Sygnały w układach zasilacza