Napájecí zdroje v PC

Nedílnou součást počítačové skříně je napájecí zdroj. Na něm záleží kolik rozšiřujících komponentů lze používat, a také jak stabilně poběží. Jak praví jedna poučka: všechny el. přístroje lépe fungují jsou-li napájeny el. proudem.


Standart ATX

Hlavním zdrojem v současných PC je zdroj standartu ATX. Tím jsou specifikovány napájecí konektory, poskytovaná napětí a min. proudy.

Nejjednoduší rozdělení zdrojů lze provést podle dodávaného maximální výstupního výkonu. Zde je třeba zdůraznit, že udávaný výstupní výkon nelze dodávat trvale, ale pouze krátkodobě (jednotky milisekund). Je-li průměrněný odběr cca 100W, volíme zdroj s cca dvojnásobným výkonem. Max. výkon je dodáván kratkodobě, zejména při přechodových stavech jako je vypnutí, probuzení, případně pokles v rozvodné síti.

200 W

3.3V

14.0 A

5.0V

20.0 A

12.0V

8.0 A

-5.0V

0.3 A

-12.0V

0.8 A

12V

Rozložení odběru 200 W zdroje
5V & 3.3V

250 W

3.3V

16.0 A

5.0V

25.0 A

12.0V

10.0 A

-5.0V

0.3 A

-12.0V

0.8 A

12V

Rozložení odběru 250 W zdroje
5V & 3.3V

300 W

3.3V

20.0 A

5.0V

30.0 A

12.0V

12.0 A

-5.0V

0.3 A

-12.0V

0.8 A

12V

Rozložení odběru 300 W zdroje
5V & 3.3V

* Zdroje ATX obsahují ješte další napětí 5V SB, které je k dispozici stále a slouží k zapínání zdroje (počítače).
A aby to nebylo jednoduché, tak dodávaný proud je bud 0.01A (pouze zapínání tlačítkem) nebo 0.7-2.0A (lze k zapínání-probouzení použít i klávesnici nebo wake-up fce modemu a sitové karty, samozřejmě u desky s podporou této fce).

Použití jednotlivých napájecích napětí

  • +12V - výkonové části diskových mechanik, ventilátory, sériové porty, přístupné na sběrnicích ISA, PCI (zvukové a měřící karty)
  • -12V - sériový port, přístupné na sběrnicích ISA, PCI (měřící karty)
  • -5V - přístupné na sběrnici ISA, toto napětí používali starší generátory kmitočtu
  • +5V - řídící části diskových mechanik, napájení sběrnic ISA, PCI, zdroj napětí pro zdroj napájení I/O části procesoru (i chipsetu), některé části základní desky (klávesnice apd.)
  • +3.3V - napájení portu AGP, u levných desek napájení chipsetu, zdroj pro zdroj napětí jádra procesoru
  • +5V SB* - pomocný zdroj pro zapínání zdroje ATX a wake-up probouzení počítače


Konstrukce zdrojů

Konstrukce zdrojů se dnes nijak výrazně neliší, často jsou používány integrované regulátory spínaných zdrojů (3842, 3844, 494 různých výrobců). Pro spínané zdroje hovoří zejména rozměry a vysoká účinnost. Největší rozdíl je v dimenzování feritového transformátoru a tranzistorů spínací části (mimochodem nejporuchovější část zdroje).

Zjednodušený popis fce spínaného zdroje: Sítové střídavé napětí 90-240V je usměrněno a vyfiltrováno na cca 310V stejnosměrných (životu nebezpečno, elektrolyticky rozkládá krev a propaluje), stejnosměrné napětí je spínáno na obdélníkový průběh, kterým se napájí feritový transformátor. Obdélníkový průběh napětí (50-200kHz) vyvolává trojúhelníkový průběh mag. toku ve feritovém jádře, který na sekundárním vinutí transformátoru indukuje opět obdélníkový průběh napětí, který se usměrní rychlými schotkyho diodami a vyfiltruje kaskádou kondenzátorů a cívek. Velikost výstupního napětí odpovídá poměru primárního a sekundárního vinutí, velikosti spínaného napětí a délky doby sepnutí. To umožnuje adaptabilně regulovat výstupní napětí podle zátěže a velikosti napětí v rozvodné siti.


Několik postřehů o zdrojích

SOT186 200W zdroje požívají ve spínací části pár tranzistorů ekvivalentních typu BUT11AF (celoplastové pouzdro SOT186 ), které mají nižší max. proud a horší chlazení díky pouzdru, pro výrobce je výhodou snadná montáž na chladič (celoplastové pouzdro je již izolováno)
TO220 230W zdroje se nijak výrazně neliší od svých 200W kolegů, jen spínací tranzistory jsou ekvivalentní typu BUT11A (pouzdro TO220 s kovovou chladící plochou), které se montují na chladiče přes slídovou (teflonovou) izolační podložku namazanou tepelně vodivou silikonovou pastou (poločirá silikonová pasta pro elektrotechniku, tepelně vodivá, el. izolující)
SOT93 250W zdroje mají větší feritový transformátor, pár spínacích tranzistorů je ve velkém pouzdru SOT93 (dvakrát větší kovová chladící plocha vůči TO220)


Požadavky na zdroj ATX

  • výkon 200 až 300 Wattů
  • progresivní řízení otáček chladícího ventilátoru podle teploty (hlučnost)
  • směr chladícího vzduchu ven ze skříně (jinak přihříváme vzduch pro chlazení ostatních komponent)
  • fyzický vypínač zdroje (nespokojíme se jen s tlačítkovou aktivací již zapnutého zdroje) nebo použije centrální roztrojku (pětipes) s vypínačem
  • napájecí výstup ze zdroje pro monitor rozhodně není na škodu
  • požadujeme homologaci ESČ



Napájení procesoru

Je u dnešních procesorů dvojí. Napájení části komunikující s chipsetem napětím 3.3V (až 3.6V) 1-2A, a napájení jádra procesoru typicky 1.5-2.8V 5-20A.

Výrobci většinou neví jaké napajení budou mít budoucí procesory, a proto vybavují desky programovatelnými zdroji napětí pro jádra procesorů. Správnou volbu napětí zajistí PnP detekce procesoru.
U lepší desek (tvz. ladičských) máte možnost volit velikost napětí jádra procesoru v BIOSu (zejména pro účely stability při přetaktování) nebo hardcore přístupem přímo na desce.

Jako příklad uvedu přetaktování Celeronu 400MHz na 600MHz na obyčejné základní desce FIC VB601 rev. 1.3 z poloviny roku 1998.
Deska má běžně volitelné frekvence FSB 66 a 100 MHz, to lze obejít pomocí programu SoftFSB, který změní naprogramování PLL závěsu generujícího FSB. Ale napětí jádra se volí pomocí PnP na 2V (při tomto napětí nebyl procesor stabilní ).
Ale deska je vybavena obvodem RC5055 firmy Fairchild Semiconductors, jedná se programovatelný regulátor napětí pro jádra procesorů od 1.30V až 3.50V. Velikost napětí se volí 5 bitovým D/A převodníkem v obvodu (viz tabulka).
Nepodařilo se jednoduše najít I/O adresu portu, který nastavuje D/A převodník, a proto došlo na tvrdé nastavení přímo na desce. Stačilo pouze ohřát 5 vývodů a jehlou je odehnout od desky, vývod VID2 napevno uzemnit (zem - GND), a zbylé vývody nechat ve vzduchu (nastavení log. 1). Tak jsme nastavily 11011 což odpovídá 2.4V (změřeno 2.32V).
A Celeron 400 MHz běží stabilně na 600 MHz (samozřejmě s účinným chlazením).



regulátor zdroje


tabulka regulatoru zdroje


Všeobecně je použití procesoru na dané základní desce omezeno takto:

  • dostupné frekvence FSB
  • dostupné násobky FSB dnes nehrají velkou roli (dnešní procesory mají uzamčené násobitele FSB)
  • volitelné napájecí napětí jádra procesoru
  • maximální proud desky pro jádro procesoru
  • PnP možnosti a znalosti BIOSu nemusí hrát významnou roli


Napájení karet

Zejména nové grafické karty do portu AGP jsou velmi náročné na spotřebu energie, a požadují i vlastní napájecí napětí např.: 1.8V, které si tvoří vlastním spínaným zdrojem přímo na kartě.
Nedávno zazněli i signály o rozšíření AGP portu o speciální napájení, snad to výrobci vyřeší novějšími, méně energeticky náročnějšími technologiemi (jinak budou vznikat monstra jako Voodoo 5 s pomocným napájením z konektorů určeným diskovým jednotkám).
Napájecí sít v PC není prostá různých rušení a šumů, to je dáno jak spínanými zdroji, tak impulsním odběrem všech kmitočtově taktovaných komponent (téměř všechny).
Zejména zvukové karty musí odfiltrovávat tato rušení, aby výstupní analogový zvuk měl dobrý odstup signálu od šumu. Zde je prostor pro uplatnění externích zvukových karet přes USB nebo optických zvukových výstupů.

Napájení disků

Největší odběr mají disky během roztáčení cca 30W (disk 5400ot/min) a odběr během práce se pohybuje od 8-12 W (disk 5400ot/min).
Velká disková pole se běžně umistují do vlastní krabice s vlastním zdrojem (zejména disková pole SCSI).

Externí zařízení

  • Monitory - zde oceníte opožděné a zjevně řízené zapínaní částí monitoru
  • Klávesnice - je napájena napětím +5V ze základní desky, napájecí pin +5V (pin 5 u DIN 5, pin 4 u MINI DIN6) je na desce jištěn pojistkou cca 300-400 mA (malý žlutý či černý váleček), která přepálí nebo zvýší svůj odpor, aby ochránila základní desku před zkratem či přepětím (opravu lze provést přemostěním drátkem nebo jinou pojistkou, takto jsem znovuzprovoznil 6 základních desek)
  • Externě dostupné zdroje - se omezují na +5V z konektoru klávesnice (cca až 200 mA + klávesnice), gameportu (stovky mA) a portu USB; větší napětí lze získat ještě ze sériových portů (6-9V 8mA), i myš na sériový port se napájí sériovým portem

Zdroje

  • specifikace ATX v pdf ATX 2.01,
  • info o ATX ATX prehled,
  • pdf dokumentace regulátorů spínaných zdrojů TL3842, TL3844, TL494
  • aplikační poznámky fy SGS Thomson pro ekvivalenty regulátorů výše
  • pdf dokumentace programovatelného zdroje RC5055 fy Fairchild Semiconductors
  • požadavky na napájení procesorů hledejte v developers sekcích webů AMD, Intel a VIA - Cyrix

Autor: Helium Helium .