Dator strömförsörjning

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 25 oktober 2020; kontroller kräver 42 redigeringar .

Inbyggd datorströmförsörjning - en enhet utformad för att omvandla växelspänning från nätet till likspänning för att driva en dator eller serverdator. [ett]

Till viss del utför strömförsörjningen också funktionerna att stabilisera och skydda mot mindre störningar av matningsspänningen.

Dessutom, som en komponent som upptar en betydande del inuti datorhöljet, innehåller den (eller monterad på PSU-höljet) komponenter för att kyla delar inuti datorhöljet.

Beskrivning

Persondatorstandarden ( PC -kompatibel ), enligt specifikationerna för olika år, var tänkt att ge utspänningar på ±5 / ±12 / +3,3 volt , såväl som +5 volt i standbyläge (+5VSB).

I de flesta fall, för datorn i det här exemplet, används en switchande strömförsörjning , gjord enligt ett halvbrygga (push-pull)-schema . Strömförsörjning med energiackumulerande transformatorer (flyback-krets) är naturligt begränsade i effekt av transformatorns dimensioner och används därför mycket mindre frekvent. Mycket vanligare är schemat för en framåtriktad enkelcykelomvandlare, som inte är så begränsad när det gäller vikt och dimensioner. Denna använder samma m/s som i flyback-omvandlaren.

Enhet (krets)

En allmänt använd strömförsörjningskrets består av följande delar:

Ingångskretsar Omvandlare utgångskretsar

Fördelarna med en sådan strömförsörjning:

Nackdelar med en halvbrygga strömförsörjning på bipolära transistorer:

Kylsystem

Under drift värms strömförsörjningen upp . Några av dess mest belastade komponenter är högspänningstransistorer och lågspänningsdiodlikriktare , som genererar en betydande mängd värme. Därför är de utrustade med kylradiatorer . Dessutom har PSU:n en fläkt. Beroende på version kan den ha antingen en bakfläkt med en diameter på 80 mm eller en bottenfläkt med en diameter på 120 mm. Den bakre fläkten är placerad på sin bakre vägg nära nätsladdsuttaget och fungerar för att blåsa; Den nedre fläkten är inblåst och sitter på ett löstagbart hölje, fastskruvat i PSU-höljet. På väggarna i höljet till en sådan PSU, som ligger i det inre utrymmet i höljet till systemenheten , finns det hål genom vilka kall luft sugs in i PSU. 120 mm fläkten är placerad i det inre av systemenhetshöljet. Den bakre väggen på en sådan PSU är gjord i form av en grill genom vilken uppvärmd luft kommer ut. Fläktarna ansluts till motsvarande kontakt på PSU-kortet (ibland ansluts fläktarna till PSU-kortet på ett icke löstagbart sätt genom lödning). Ibland, för dekoration, ersätts vanliga PSU-fläktar med bakgrundsbelysta fläktar. I det här fallet är det ofta problematiskt att ansluta dem direkt till strömförsörjningskortet. Därför tas ledningarna till sådana fläktar ut tillsammans med andra ledningar och pluggarna ansluts antingen till motsvarande moderkortskontakt eller till en av de fria strömkontakterna på PSU (vanligtvis Molex , allt beror på fläktkontakten).

PSU / strömförsörjningskontakter

AT-standardströmförsörjningen ansluts till moderkortet med två sexstiftskontakter, som ingår i en 12-stiftskontakt på moderkortet. Flerfärgade ledningar går till kontakterna från strömförsörjningen, och den korrekta anslutningen är när kontakterna på kontakterna med svarta ledningar konvergerar i mitten av moderkortskontakten. Pinouten för AT-kontakten på moderkortet är som följer:

ett 2 3 fyra 5 6 7 åtta 9 tio elva 12
-
PG tömma +12V -12V allmän allmän allmän allmän -5V +5V +5V +5V

ATX

24-stifts ATX12V 2.x strömkontakt för moderkort
(20-stift har inte de fyra sista: 11, 12, 23 och 24)
Färg Signal Kontakt Kontakt Signal Färg
Orange +3,3V ett 13 +3,3V Orange
+3,3 V avkänning Brun
Orange +3,3V 2 fjorton -12V Blå
Den svarta Jorden 3 femton Jorden Den svarta
Röd +5V fyra 16 Ström på Grön
Den svarta Jorden 5 17 Jorden Den svarta
Röd +5V 6 arton Jorden Den svarta
Den svarta Jorden 7 19 Jorden Den svarta
Grå kraft bra åtta tjugo -5V Vit
Violett +5 VSB [6] 9 21 +5V Röd
Gul +12V tio 22 +5V Röd
Gul +12V elva 23 +5V Röd
Orange +3,3V 12 24 Jorden Den svarta
  • De tre skuggade stiften (8, 13 och 16) är styrsignaler, inte ström.
  • "Power On" dras upp av motståndet till +5 volt inuti strömförsörjningen, och måste vara låg för att slå på strömmen.
  • "Power good" hålls lågt tills de andra utgångarna är på erforderlig spänningsnivå.
  • "+3,3 V sense"-kabeln används för att kompensera för spänningsfallet på kabeln genom att övervaka spänningen i själva ATX-kontakten, och inte på strömförsörjningskortet, som andra spänningar [7] .
Stift 20 (och vit tråd) används för att ge -5V DC i ATX- och ATX12V-versioner före 1.2. Denna spänning krävs inte redan i version 1.2 och är helt frånvarande i version 1.3 och senare.
I 20-stiftsversionen är de högra stiften numrerade 11 till 20.
Den orange +3,3 VDC-ledningen och den bruna +3,3 V-avkänningskabeln anslutna till stift 13 är 22 AWG tjocka ; alla andra - 18 AWG

Även på BP placeras:

I slutet av 2000- talet började en modulär princip användas för kabelinstallation, när endast huvudkabeln med 24 (20 + 4) stift och 4 + 4-stifts EPS12V-strömkabeln för ATX12V / EPS12V-moderkortet kom ut ur PSU:n hölje, medan andra kablar för kringutrustning är borttagbara, på kontakter [9] .

Standarder för massproducerade PSU:er

AT (föråldrad)

I nätaggregat för datorer med AT -formfaktorn bryter strömbrytaren strömkretsen och placeras vanligtvis på frontpanelen av höljet med separata ledningar; det finns ingen standby-strömförsörjning med motsvarande kretsar i princip. Men nästan alla AT + ATX-moderkort hade en strömförsörjningskontrollutgång, och strömförsörjning, samtidigt, en ingång som gjorde det möjligt för AT-standardmoderkortet att styra det (slå på och av det).

ATX (modern)

Utgång Tolerans Minimum Betygsatt Maximal måttenhet
+12V1DC [I 1] ±5 % +11,40 +12.00 +12,60 Volt
+12V2DC [I2] ±5 % +11,40 +12.00 +12,60 Volt
+5 VDC ±5 % +4,75 +5.00 +5,25 Volt
+3,3 VDC [I 3] ±5 % +3,14 +3,30 +3,47 Volt
-12 VDC ±10 % −10.80 −12.00 −13.20 Volt
+5 VSB ±5 % +4,75 +5.00 +5,25 Volt
  1. ↑ Vid +12 VDC toppbelastning kan +12 VDC utspänningsområdet fluktuera inom ± 10 %.
  2. ↑ Minsta spänningsnivå på 11,0 VDC under toppbelastning vid +12 V2DC.
  3. ↑ Uthållighet inom räckvidd krävs av huvudströmkontakten på moderkortet och SATA -strömkontakten .

Kraven på +5 VDC har höjts - nu måste nätaggregatet leverera en ström på minst 12 A (+3,3 VDC - 16,7 A, respektive, men den totala effekten bör inte överstiga 61 W) för ett typiskt 160 W strömförbrukningssystem . En skevhet i uteffekten avslöjades: innan huvudkanalen var +5 V, nu dikterades kraven på maxström +12 V. Kraven berodde på en ytterligare ökning av kraften hos komponenter (främst grafikkort), vars krav inte kunde uppfyllas av +5 V-ledningar på grund av för mycket stora strömmar i denna ledning.

Parametrar för typiska nätaggregat med effekt över 61 W Typiskt system, strömförbrukning 160 W
Utgång Minimum Betygsatt Maximal Måttenhet
_
+12VDC 1.0 9,0 11.0 Ampere
+5 VDC 0,3 12.0 [II 1] +5,25 Ampere
+3,3 VDC 0,5 16.7 [II 1] Ampere
-12 VDC 0,0 0,3 Ampere
+5 VSB 0,0 1.5 2.0 Ampere
Typiskt system, strömförbrukning 180 W
Utgång Minimum Betygsatt Maximal Måttenhet
_
+12VDC 1.0 13,0 15,0 Ampere
+5 VDC 0,3 10.0 [II 2] +5,25 Ampere
+3,3 VDC 0,5 16.7 [II 2] Ampere
-12 VDC 0,0 0,3 Ampere
+5 VSB 0,0 1.5 2.0 Ampere
Typiskt system, strömförbrukning 220 W
Utgång Minimum Betygsatt Maximal Måttenhet
_
+12VDC 1.0 15,0 17,0 Ampere
+5 VDC 0,3 12.0 [II 3] Ampere
+3,3 VDC 0,5 12.0 [II 3] Ampere
-12 VDC 0,0 0,3 Ampere
+5 VSB 0,0 2.0 2.5 Ampere
Typiskt system, strömförbrukning 300 W
Utgång Minimum Betygsatt Maximal Måttenhet
_
+12 VDC 1.0 18,0 18,0 Ampere
+5 VDC 1.0 16,0 [II 4] 19 Ampere
+3,3 VDC 0,5 12,0 [II 4] Ampere
-12 VDC 0,0 0,4 Ampere
+5 VSB 0,0 2.0 2.5 Ampere
  1. ↑ 1 2 Den totala effekten på +3,3 VDC- och +5 VDC-ledningarna bör inte överstiga 61 W
  2. ↑ 1 2 Den totala effekten på +3,3 VDC och +5 VDC-ledningarna får inte överstiga 63 W
  3. ↑ 1 2 Den totala effekten på +3,3 VDC- och +5 VDC-ledningarna bör inte överstiga 80 W
  4. ↑ 1 2 Den totala effekten på +3,3 VDC- och +5 VDC-ledningarna bör inte överstiga 125 W

Nätaggregat för bärbara datorer

Strömförsörjningen till en bärbar dator (och andra mobila datorer ) används både för att ladda dess batteri (batteri) och för att säkerställa drift utan batteri. Beroende på typ av prestanda är en bärbar dators strömförsörjning oftast en extern enhet. På grund av det faktum att de elektriska egenskaperna hos olika bärbara modeller kan variera mycket, finns det ännu inte en enda standard för externa strömförsörjningar, och deras strömförsörjning är som regel inte utbytbara. Det finns ett initiativ för att standardisera strömförsörjning för bärbara datorer [10] .

Notebook PSU-funktioner:

  1. Notebook-tillverkare använder olika strömkontakter; Det finns en hel del typer av dem, även om det bara finns ett fåtal utbredda.
  2. Matningsspänningar skiljer sig : vanligtvis är det 18,5 V eller 19 V, även om det finns alternativ med en spänning på 15 eller 16 V (främst subnotebooks ); 19,5 V; 20V eller till och med 24V ( iBook ).
  3. Strömförsörjningar kännetecknas av maximal uteffekt , som levererar en ström på 3,16 A (för äldre typer); 3,42A; 4,74 A; 6,3 A; 7,9 A, beroende på hur kraftfull datorn ska drivas.

Bytet av den bärbara datorns strömförsörjning bör närma sig med försiktighet (ersättningen måste ha samma polaritet, skillnaden i matningsspänning överstiger inte 0,5 V och ha tillräcklig ström), annars kan detta leda till att den bärbara datorn går sönder.

Det finns också universella nätaggregat avsedda för bärbara datorer av olika modeller och olika tillverkare. En sådan PSU har en spänningsomkopplare och en uppsättning utbytbara pluggar för anslutning.

Strömförsörjning för små datorer

Korten baserade på Intel NM10 Express Chipset med inlödda processorer från Atom - familjen (som Intel BOXDN2800MT [11] ) har inte de vanliga 24-stiftskontakterna för persondatormoderkort: istället drivs kortet genom en runda DC-kontaktfrån utsidan. Genom att ändra konfigurationen av en dator byggd på basis av ett sådant moderkort är det möjligt att variera den erforderliga strömförsörjningen över ett brett spektrum.

Effektivitet och effektivitet strömförsörjning

Verkningsgraden för den "typiska" strömförsörjningen som beskrivs ovan är cirka 65-70%. För att få större värden används speciella kretslösningar . Effektiviteten är lika med förhållandet mellan den ström som tillförs för förbrukning av datorkomponenter och den ström som förbrukas från nätverket. Strömförsörjningsenhetens egenskaper indikerar den maximala uteffekten för förbrukning av datorkomponenter (dvs. ju lägre effektivitet, desto högre effekt förbrukas från nätverket).

80 PLUS-certifiering (som en del av 2007 års Energy Star 4.0 energieffektivitetsstandard ) certifierar datorströmförsörjning för att uppfylla vissa riktlinjer för energieffektivitet : PSU-effektiviteten måste vara minst 80 % vid 20 %, 50 % och 100 % belastning i förhållande till PSU-klassad effekt, och effektfaktorn bör vara 0,9 eller bättre vid 100 % belastning.

Och även om inledningsvis 80 PLUS-certifiering endast utfördes för användning i nätverk med en spänning på 115 V (som är vanliga, till exempel i USA, men inte i Ryssland), och därför effektiviteten hos nätaggregat certifierade enligt 80 PLUS-standarden kan vara lägre 80 % i 220/230V-nätverk, men efterföljande specifikationsnivåer, som börjar med 80 PLUS Bronze, har certifierats för användning i 230V-nätverk. Däremot kan 80 PLUS-certifierade PSU:er ha effektivitet under 80 % vid belastningar mindre än 20% , vilket är ganska viktigt, eftersom de flesta datorer sällan arbetar med maximal strömförbrukning, men är mycket mer benägna att vara inaktiva. Verkningsgraden kan också vara lägre än den som anges i driftförhållandena för PSU vid en temperatur som skiljer sig från rumstemperatur (vid vilken certifiering utförs) [12] .

Certifieringsnivåerna brons, silver och guld lades till standarden 2008, platina 2009 och  titan  2012 . [13]

Den normativa minimieffektiviteten för certifierade PSU:er presenteras i tabellen (effektivitet vid 10 % belastning regleras endast för titan):

Certifikat Belastning (från max. effekt)
tio % tjugo % femtio % 100 %
80PLUS — 80 % 80 % 80 %
80 Plus brons — 81 % 85 % 81 %
80 Plus Silver — 85 % 89 % 85 %
80 plus guld — 88 % 92 % 88 %
80 Plus Platinum — 90 % 94 % 91 %
80 Plus Titanium 90 % 94 % 96 % 91 %

Till exempel kommer en 600-watts strömförsörjning certifierad av 80 PLUS Gold, vid full belastning, att förbruka 660-682 watt från nätverket, varav 60-82 watt går till att värma PSU. Således är högeffektiva PSU:er mer motståndskraftiga mot överhettning och tenderar att ha ett tystare kylsystem.

Strömförbrukning och förlust

Effekten som levereras till PSU-belastningen beror på kraften i datorsystemet och varierar från 50 W (inbäddade plattformar med små formfaktorer ) till 2 kW (de mest högpresterande arbetsstationerna , servrarna eller kraftfulla spelmaskinerna ).

När det gäller att bygga ett kluster tar beräkningen av den erforderliga mängden ingående energi hänsyn till den effekt som förbrukas av klustret, kraften hos kyl- och ventilationssystem, vars effektivitet i sin tur skiljer sig från enhet. Enligt APC by Schneider Electric krävs 1,06 watt kylning för varje watt effekt som förbrukas av servrar. Kompetent beräkning är särskilt viktigt när man skapar ett datalagrings- och bearbetningscenter ( DPC ) med redundans enligt N+1 -formeln .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ TR EAEU 048/2019 Technical Regulations of the Eurasian Economic Union "Om kraven för energieffektivitet för energiförbrukande enheter" Bilaga N 17 Krav på datorers och servrars energieffektivitet
  2. ↑ för att uppfylla kraven i lagstiftningen i länder om elektromagnetisk strålning , i Ryssland - kraven i SanPiN 2.2.4.1191-03 2.2.4.1191-03.htm “Elektromagnetiska fält i arbetsförhållanden, på arbetsplatser. Sanitära och epidemiologiska regler och föreskrifter” Arkivexemplar av 23 februari 2012 på Wayback Machine
  3. ↑ B.Yu. Semenov. Kraftelektronik: från enkel till komplex. - M. : SOLOMON-Press, 2005. - 415 sid. - (ingenjörens bibliotek).
  4. ↑ 1 2 Beskrivs i detalj i specifikationen "Serial ATA: High Speed ​​​​Serialized AT Attachment", avsnitt 6.3 "Kablar och anslutningsspecifikation"
  5. ↑ SFX12V Power Supply Design Guide v3.1. Mars 2005 Arkiverad 26 september 2011 på Wayback Machine 
  6. ↑ +5 VSB ( engelska  standby  - standby mode ), samt förkortningen till bokstäverna SB , i titeln, hänvisar till användningen av strömförsörjningsledningar i standbyläge
  7. ↑ ATX-specifikation version 2.1 . Arkiverad från originalet den 28 augusti 2011.
  8. ↑ Vissa moderkort som använder en 8-stifts CPU-strömkontakt måste ha ström på alla stift i kontakten för att fungera korrekt, medan de flesta moderkort av denna typ kan fungera även om du bara använder en 4-stifts strömkontakt ; i det senare fallet kommer det att finnas fyra lediga stift på moderkortets uttag. Men innan du startar en dator med den här kontaktkonfigurationen måste du läsa moderkortets användarmanual - troligen kommer den att återspegla om en 4-stifts strömkontakt kan anslutas till ett 8-trådsuttag på kortet eller inte. Om du använder en processor som drar mer ström än en enda 4-stifts strömkontakt kan ge, behöver du fortfarande hitta en PSU som har en 8-stiftskontakt.
  9. ↑ Cooler Master Silent Pro Gold 600W modulär strömförsörjning Arkiverad 17 september 2018 på Wayback Machine // 3DNews
  10. ↑ Taiwans bärbara företag stöder PSU-standardisering . Datum för åtkomst: 20 januari 2011. Arkiverad från originalet den 6 juli 2010.
  11. ↑ Intel BOXDN2800MT Desktop Board . Hämtad 18 juli 2013. Arkiverad från originalet 7 november 2013.
  12. ↑ 80 PLUS-certifiering för strömförsörjning Arkiverad 29 augusti 2012 på Wayback Machine // nix.ru
  13. ↑ Datorströmförsörjning kommer att stiga i pris på grund av ökade tariffer för 80 PLUS-certifiering Arkiverad 27 februari 2021 på Wayback Machine // 3DNews Daily Digital Digest , 11/25/2020

Litteratur

  1. Muller S. Uppgradering och reparation av datorer / Scott Muller. - 17:e upplagan. - M. : "Williams" , 2007. - S. 1181-1256. — ISBN 0-7897-3404-4 .
  2. Golovkov AV, Lyubitsky VB Strömförsörjning för systemmoduler av IBM PC-XT/AT-typ. - M . : "LAD och N", 1995.

Länkar