Transcript Zasilacz komputerowy ()

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.
2
W zależności od budowy wyróżniamy:
Zasilacze impulsowe
Zasilacze transformatorowe
3
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.
4
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
5
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.
6
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.
7
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.
8
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.
9
Chłodzenie zasilacza
Wentylator jest głównym źródłem hałasu generowanego
przez zasilacz, choć przy dużych obciążeniach może
pojawić się brzęczenie generowane przez cewki.
10
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.)
11
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.
12
Oznaczenia kolorystyczne
napięć
Lp.
Wartość napięcia
Kolor przewodu
1.
+5V
czerwony
2.
+ 3,3 V
pomarańczowy
3.
+ 12 V
żółty
4.
-5V
biały
5.
-12 V
niebieski
6.
sygnał włączenia
szary
7.
Masa
czarny
13
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.
14
Wtyczki zasilacza ATX
15
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.
16
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.
17
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 8pinowymi
18
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.
19
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.
20
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.
21
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.
22
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.
23
Moc znamionowa zasilacza
24
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).
25
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.
26
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.
27
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.
28
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.
29
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.
30
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).
31
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.
33
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. 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.
48
49
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.
50
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
51
Transformator
Transformator umożliwia w ten sposób zmianę napięcia
wyższego na niższe lub odwrotnie.
http://pl.wikipedia.org/wiki/Transformator
52
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).
53
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.
54
Układ filtrujący
Zadaniem układu filtrującego jest zmniejszenie tętnień
sygnału (zmniejszenie amplitudy).
Układ składa się z kondensatorów i cewki z rdzeniem.
55
Filtry napięć zasilających
W celu zmniejszenia tętnień napięcia, miedzy układem
prostownika, a obciążeniem wstawia się filtr
dolnoprzepustowy.
L
C
L
C
R
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
56
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
1. INPUT- wejście
2
2. OUTPUT- wyjście
3. ADJ- regulacja (sterowanie)
3
57
Sygnały w układach zasilacza
58