Zasilacz komputera

Zasilacz komputera osobistego

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

Zasilacz komputera (PSU, z ang. power supply unit) − urządzenie służące do przetwarzania napięcia przemiennego dostarczanego z sieci energetycznej (100–127 V w Ameryce Północnej, części Ameryki Południowej, Japonii i Tajwanie; 220–240 V w pozostałej części świata) na niskie stabilizowane napięcia stałe, niezbędne do pracy pozostałych komponentów komputera.

Niektóre zasilacze posiadają przełącznik zmieniający napięcie wejściowe pomiędzy 230 V i 115 V, inne mogą pracować w szerokim zakresie napięcia zasilania.

Zasilacze komputerów są zasilaczami impulsowymi.

Najczęściej spotykane zasilacze komputerowe są zgodne ze standardem ATX. Standard określa kształt wtyczek, dostarczane napięcia, dopuszczalne natężenie prądu. Włączanie i wyłączenie zasilacza jest realizowane przez sygnał elektryczny z płyty głównej, co daje obsługę takich funkcji jak tryb czuwania, zdalne włączanie i wyłączanie komputera. Najnowsza wersja standardu ATX dla zasilaczy to 2.53 (z połowy 2020 roku).

Urządzenia podłączone do zasilacza

Wnętrze zasilacza komputera

Schemat wtyczki MPC zasilacza ATX v2.2

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 wymagają podłączenia dodatkowego zasilania (wtyczki PCI-E 6 i 8 stykowe)
• inne urządzenia znajdujące się wewnątrz komputera, np. wentylatory czy dodatkowe panele podłączane podobnie jak napędy do wtyku Molex.

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

Budowa

Większość zasilaczy wykonana jest w postaci metalowego prostopadłościanu, z którego ścianki wychodzi kilka wiązek przewodów. Po przeciwnej stronie znajdują się otwory wentylacyjne i gniazdo IEC C14 do podłączenia zasilania z sieci energetycznej. Opcjonalnie może tam być też umieszczony wyłącznik oraz przełącznik napięcia wejściowego. Etykieta 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).

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

W zasilaczach stosowane jest chłodzenie wymuszone – najczęściej przez wentylator o średnicy 80 mm (w starszych i prostszych PSU) lub większej (w nowszych konstrukcjach, często z regulacją obrotów). Przez zasilacz przepływa gorące powietrze z wnętrza obudowy komputera, w związku z tym stosuje się wentylatory o większej wydajności niż wymagana do odprowadzenia ciepła wydzielającego się w samym zasilaczu. Wentylator jest głównym źródłem hałasu generowanego przez zasilacz.

Zasilacze komputerowe wykonane są zwykle w technice impulsowej, wykorzystując architekturę przetwornicy push-pull. Tego typu zasilacze charakteryzują się małymi gabarytami i masą, niewielkimi tętnieniami napięcia wyjściowego i dużą mocą wyjściową.

Wtyczki stosowane w zasilaczach ATX

Zdjęcie	Oznaczenie	Ilość styków	Opis
	MPC (Main Power Connector), oznaczana P1	20 24 (ATX v2.2) 20+4	Główny wtyk do zasilania płyty głównej. Obecny standard ATX przewiduje 24 styki, wcześniejszy 20. Część zasilaczy jest wyposażonych w złącze 24-stykowe, które można rozłączyć na dwie części (20+4 styki) i wykorzystać ze starszymi płytami o gnieździe 20-stykowym.
	ATX12V / EPS12V (4-stykowe), oznaczana P4	4	Wtyk podłączany do płyty głównej (poza 24-stykową P1), dostarczający napięcia zasilające dla procesora. Pojawił się z powodu wymagań prądowych nowych procesorów firmy Intel.
	ATX12V / EPS12V (8-stykowe)	8	Rozszerzona wersja wtyku ATX12V/ESP12V 4-stykowego, która pojawiła się wraz z wprowadzeniem chipsetu Intel 975. Stosowany w płytach serwerowych i komputerach profesjonalnych, których procesory pobierają większą moc.
	PCI-E	6/8	Wtyk zasilający karty graficzne. Większość nowoczesnych zasilaczy jest wyposażone w 6-stykowe złącze przeznaczone dla zaawansowanych kart graficznych PCI Express. Może ono dostarczyć moc do 75 watów. W najnowszych konstrukcjach wprowadzono złącze 8-stykowe. Ze względu na wsteczną kompatybilność stosuje się także złącza 6+2 stykowe, co pozwala zasilać karty PCI Express z gniazdami zarówno 6- jak i 8-stykowymi.
	AUX lub APC (Auxiliary Power Connector)	6	Wtyk używany w starszych płytach głównych, które potrzebowały napięć 3,3 V i 5 V o większym natężeniu prądu. Konieczność jego podłączenia jest zależna od konfiguracji sprzętowej komputera. Usunięty w ATX v2.2.
	Molex	4	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 lub wentylatorów obudowy komputera). Dostarcza napięć +5 V i +12 V. Złącze to w tej chwili jest coraz rzadziej wykorzystywane, wypierają je wtyki SATA i PCI-E.
	Molex mini	4	Jeden z najmniejszych wtyków, zasilający stacje dyskietek 3,5 calowych. W niektórych przypadkach dostarcza też dodatkowe zasilanie do kart graficznych z interfejsem AGP i PCIe.
	SATA Connector	15	Wtyk 15-stykowy zasilający dyski twarde i optyczne standardu Serial ATA. Dostarcza trzech napięć: +3,3 V, +5 V i +12 V.

AT a ATX

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

W standardzie AT zasilacz był wyłączany poprzez rozłączenie zasilania sieciowego. W zasilaczach ATX włącznik komputera jest podłączony do płyty głównej. Dzięki temu włączanie i wyłączanie zasilacza może być kontrolowane przez komponenty komputera lub oprogramowanie.

Płyta główna steruje zasilaczem poprzez styk nr 16 złącza 24-stykowego (zielony przewód dochodzący do wtyku ATX – P_ON). Kiedy zasilacz znajduje się w stanie czuwania na tym pinie występuje napięcie 5 V. Zwarcie go do masy (czarne przewody dochodzący do wtyku ATX – GND) uruchamia przetwornicę, co może się przydać przy testach sprzętu. Uwaga – nie należy uruchamiać zasilacza impulsowego bez obciążenia ze względu na ryzyko jego uszkodzenia.

Uproszczony schemat zasilacza komputera

Moc znamionowa

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 i stacjach roboczych standardowo mają moc z zakresu 500-1200 W, a w serwerach – od 800 W do 1400 W. Zasilacze o dużej mocy są w stanie oddać od 1,5 kW do 2 kW mocy – są one przeznaczone głównie do dużych serwerów i w mniejszym stopniu do ekstremalnie rozbudowanych stacji roboczych i komputerów domowych (w tym dla graczy), wyposażonych w kilka procesorów, wiele dysków twardych i kilka kart graficznych.

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

Niektórzy producenci zawyżają wartość mocy swoich zasilaczy w celach marketingowych. Jest to spowodowane brakiem jasnych standardów określających warunki pomiaru mocy zasilaczy. Najczęściej zdarza się:

• przedstawianie wartości mocy szczytowej zamiast mocy ciągłej;
• określanie mocy ciągłej w nierealistycznie niskich temperaturach (np. w temperaturze pokojowej, gdy we wnętrzu obudowy jest wyższa i wynosi nawet 40 °C);
• podawanie mocy sumarycznej wszystkich linii zasilacza, gdy tymczasem nowoczesne komputery pobierają prąd głównie z linii 12 V.

To znaczy, że jeśli:

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

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

Ta tendencja spowodowała znaczne zawyżenie rekomendacji dotyczących mocy zasilaczy komputerowych. Z wyjątkiem serwerów, stacji roboczych i maszyn dla graczy, niewiele komputerów w standardzie ATX i microATX wymaga więcej niż 300–350 W mocy.

Sprawność zasilacza

Jednym z parametrów zasilacza jest jego sprawność energetyczna, wyrażana w procentach. Sprawność to stosunek mocy zasilacza oddawanej na jego wyjściu do mocy pobranej z sieci energetycznej. Różnica między mocą pobraną a oddawaną jest emitowana w postaci ciepła. Im wyższa sprawność tym mniejsze straty energii w zasilaczu. Zasilacze o wysokiej sprawności wydzielają mniej ciepła, dzięki czemu można w nich montować wentylatory o mniejszej liczbie obrotów (cichsze).

Sprawność zasilaczy zależy od obciążenia zasilacza, osiągając najmniejszą sprawność dla małego i bardzo dużego obciążenia i waha się pomiędzy 40% a 85%. W celu poprawy sprawności zasilaczy komputerowych wprowadzono serię certyfikatów 80 PLUS, które gwarantują sprawność zasilacza przekraczającą 80%.

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

Napięcie	Kolor przewodu	Minimum	Maksimum
12 V		11,40 V	12,60 V
5 V		4,75 V	5,25 V
3,3 V		3,14 V	3,47 V

Zabezpieczenia

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.
• 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 i zbyt wysokim natężeniem prądu. Monitoruje każdą linię zasilającą z osobna i w przypadku przeciążenia którejkolwiek z nich powoduje wyłączenie zasilacza. Wymagane jest przez normę ATX12V.
• 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 0,1 Ω). Pomimo że nie jest ono obowiązkowe, to znajdziemy je we wszystkich obecnych zasilaczach.
• 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 (115 V lub 230 V).

Linki zewnętrzne

• Oficjalna specyfikacja standardu ATX 2.2(ang.)
• Kalkulator liczący moc poszczególnych podzespołów komputera w celu dobrania odpowiedniego zasilacza (ang.)