Η λειτουργία ενός PSU - Ένα μικρό μάθημα ανατομίας

[alexis2044]

Ο περισσότερος κόσμος αντιμέτωπιζει τα τροφοδοτικά με τον όρο που οι μηχανικοί ονομάζουμε "Μαύρο Κουτί". Δεν ξέρει ( και δεν τον ενδιαφέρει) τι συμβαίνει κάτω από το καπό: Ενδιαφέρουν μόνο η είσοδος των 220VAC και οι διάφορες έξοδοι που τροφοδοτούν τα εξαρτήματα της υπολογιστικής μονάδας. Εάν βρίσκετε τον εαυτό σας σε αυτήν την κατηγορία, μην διαβάζετε παρακάτω, προχωρήστε στο επόμενο thread. Για εσάς που συνεχίζετε, ας ξεκινήσουμε.

Ως ηλεκτρική συσκευή, ο υπολογιστής μας απαιτεί ρεύμα για την σωστή λειτουργία όλων των εξαρτημάτων που τον συνθέτουν. Η συσκευή υπεύθυνη για την τροφοδοσία του υπολογιστή με ρεύμα είναι το τροφοδοτικό. Εν συντομία θα μπορούσαμε να πούμε ότι ο ρόλος του τροφοδοτικού είναι να μετατρέπει το εναλλασόμενο ρεύμα της μπρίζας (γνωτό ως ρεύμα AC) σε συνεχές ρεύμα για την τροφοδότηση ψηφιακών κυκλωμάτων ( γνωστό ως ρευμα DC). Με άλλα λόγια η μονάδα του τροφοδοτικού μετρατρέπει την εναλλασσόμενη 220V του τοπικού (χαμηλής τάσης) δικτύου τροφοδότησης σε συνεχή τάση, τιμών +3,3V, +5V και +-12V.

Υπάρχουν δύο βασικές κατηγορίες τροφοδοτικών: τα Γραμμικά (linear) και τα Switching.

Τα Γραμμικά τροφοδοτικά λειτουργούν αρχικά τραβώντας τάση των 220V (σχήμα 1) από την μπρίζα και ελαττώνοντας το σε μια χαμηλότερη τάση (πχ. 5V) μέσω ενός μετασχημάτιστή. Αυτή η χαμηλότερη τάση όμως είναι ακόμα εναλλασσόμενη (σχήμα 2). Η διαδικασία της ανόρθωσης ( μετατροπή AC σε DC) ξεκινά αρχικά με το πέρασμα της τάσης από ένα σύνολο διόδων που (αντιστρέφοντας το αρνητικό σκέλος του ημιτόνου του AC) την φέρνουν σε μορφή παλμών (σχήμα 3). Κατόπιν η τάση αυτή "φιλτράρεται" με έναν ηλεκτρολυτικό πυκνωτή. Παρεμβάλοντας δηλαδή έναν πυκνωτή, ο παλμός μας κατά την άνοδο φορτίζει τον πυκνωτή μας. Κατά την πτώση του παλμού, ο πυκνωτής προσδίδει την ενέργεια που αποθήκευσε και δεν αφήνει τον παλμό να πέσει στο 0. Έτσι έχουμε την κυματομορφή του σχήματος 4. Παρατηρήστε ότι η τάση μας άρχισε να προσεγγίζει την συνεχή. Η τάση που λαμβάνουμε ταλαντεύεται λίγο ( μικρά "αγκάθια" που σχηματίζονται από την συσσώρευση των κορυφών της τάσης του προηγούμενου βήματος, γνωστές ως "ripple") και για αυτό το περνάμε από ένα τελικό στάδιο "τελειοποίησης", είτε μέσω μιας ειδικής διόδου (τύπου Zener, συχνά με την βοήθεια ενός τρανζίστορ ισχύος), είτε μέσω ενός συγκεντρωμένου κυκλώματος "κανονικοποίησης" ( Voltage Regulating Integrated Circuit).

Το αποτέλεσμα αυτού του σύντομου ταξιδιού στο ιδανικό μας τροφοδοτικό είναι ένα απόλυτο συνεχές ρεύμα DC (σχ.5).

Ενώ όμως τα γραμμικά τροφοδοτικά δουλεύουν άψογα σε εγκαταστάσεις μικρής ισχύος, όπως παιχνίδια, τηλέφωνα κ.α, θα ήτανε τρελό να χρησιμοποιήσουμε ένα, για την τροφοδότηση ενός υπολογιστή. Ο λόγος; Το μέγεθος.

Βλέπετε, το μέγεθος του μετασχηματιστή και η χωρητικότητα του πυκνωτή ( άρα και το μέγεθος του τροφοδοτικού) είναι αντιστρόφως ανάλογα με την συχνότητα του ρεύματος δικτύου. Δηλαδή όσο χαμηλότερη είναι η συχνότητα του ρεύματος που εισέρχεται στο τροφοδοτικό, τόσο μεγαλύτερες θα πρέπει να είναι και οι διαστάσεις του. Μάλιστα, μιας και η συχνότητα που χρησιμοποιείται σήμερα στα τοπικά δίκτυα κυμαίνεται από 50 έως 60Hz, τιμές πολύ χαμηλές, οι μετασχηματιστές και οι πυκνωτές λαμβάνουν απαγορευτικά μεγέθη.

Συνεπώς, η χρήση γραμμικών τροφοδοτικών στους υπολογιστές κρίνεται ασύμφορη. Για τον λόγο αυτό χρησιμοποιούμε υψηλής συχνότητας Switching τροφοδοτικά.

Σε ένα υψίσυχνο Switching τροφοδοτικό, η συχνότητα εισόδου αυξάνεται από τα 50-60Hz σε τάξεις μεγέθους των λίγων Khz. Αυτό σημαίνει όμως δραστική μείωση του μεγέθους μετασχηματιστή και πυκνωτή που χρησιμοποιούνται, και άρα μικρότερα και ελαφρύτερα τροφοδοτικά. Να έχετε υπόψη σας ότι ο όρος "Switching" ουδεμία σχέση έχει με τον διακόπτη στο πίσω μέρος της συσκευής: αποτελεί μια απλή αναφορά στην διαδικασία της εναλλαγής της συχνότητας από χαμηλή σε υψηλή.

Επίσης, να αναφέρουμε ότι τα τροφοδοτικά που χρησιμοποιούνται στους σημερινούς υπολογιστές αξιοποιούν στην πλειοψηφία τους μια ακόμα καλύτερή προσέγγιση: Είναι συστήματα "κλειστού κύκλου". Αυτό σημαίνει ότι το τρανζίστορ εναλλαγής, που είναι υπεύθυνο για την διαμόρφωση της συχνότητας του ρεύματος εισόδου, δέχεται συνεχώς μηνύματα από τις εξόδους του τροφοδοτικού και μεταβάλει τον κύκλο λειτουργίας του ανάλογα με την κατανάλωση του υπολογιστή. Αυτή η προσέγγιση ονομάζεται PWM - Pulse Width Modulation. Έτσι το τροφοδοτικό μπορεί και προσαρμόζεται στις εκάστοτε συνθήκες λειτουργίας και ανάλογα με τις συσκευές που είναι συνδεδεμένες σε αυτό. Για παράδειγμα, όταν ο υπολογιστής σας βρίσκεται σε κατάσταση στασιμότητας (idle), το τροφοδοτικό αναπροσαρμόζεται ώστε να μεταδίδει λιγότερο ρεύμα, κάνοντας τον μετασχηματιστή και όλα τα άλλα εξαρτήματα του να αποβάλλουν λιγότερη θερμότητα => Λιγότερη κατανάλωση.

Σχεδιαστική αναπαράσταση ενός τροφοδοτικού υπολογιστή ATX των 200W. Πηγή: HardwareSecrets.com

Ένα καλό τροφοδοτικό, λοιπόν, με αρκετή δύναμη, μπορεί να αυξήσει την ζωή των εξαρτημάτων του υπολογιστή μας αλλά και να μειώσει σημαντικά τον λογαριασμό της ΔΕΗ. Αναλογικά, ένα ποιοτικό τροφοδοτικό μπορεί να κοστίζει 5 έως 10 τοις έκατο της συνολικής τιμής του υπολογιστή, σε αντίθεση με ένα φθηνό που μπορεί όμως να προκαλέσει φθορές, προβλήματα λειτουργίας ( όπως πχ μπλε οθόνες, BSOD) μέχρι και καταστροφές.

[5ous]

να ρωτησω κατι πια ειναι η διαφορα συνδεσης της μητρικης (εκτος απο τα 24 pin) με 4 η 8 pin που ειναι για την CPU???

προκαταβολικα ευχαριστω

[NoDsl]

να ρωτησω κατι πια ειναι η διαφορα συνδεσης της μητρικης (εκτος απο τα 24 pin) με 4 η 8 pin που ειναι για την CPU???

προκαταβολικα ευχαριστω

Ουσιαστικά μοιράζεις τα ampers που προορίζονται για το cpu σε περισσότερα καλώδια για να μην λιώσουν. Αν έχεις ενα cpu που τραβάει 25amper απο ένα καλώδιο θα φουντώσει. Σύν το οτι μπορείς να μοιράσεις το φορτίο του cpu σε περισσότερα rails(supply) του τροφοδοτικού.

Πολύ καλό το πόστ αλέξη! Γενικά πάντως εκτός του efficiency και της δυνατότητας παροχής ικανών φορτίων, τεράστιο ρόλο παίζει και το jitter που έχει σε κάθε έξοδο το τροφοδοτικό. Μικρότερη αυξομείωση, καλύτερη ποιότητα ρευματος, μεγαλύτερη σταθερότητα.

[eloydark]

Το τετράπινο και το οχτάπινο δίνουν 2 Ground και 2 +12V είτε 4 Ground και 4 +12V αντίστοιχα. Συνεπώς αυτό που πετυχαίνεις είναι να έχεις 4 καλώδια που να δίνουν τα 12 Volt αντί για δύο, και μπορείς από αυτά να τραβήξεις περισσότερα ampere και περισσότερη ισχύ χωρίς να φορτώσεις μόνο ένα/δύο rail. Κερδίζεις συνεπώς μεγαλύτερη σταθερότητα και υψηλότερη μέγιστη ισχύς που μπορεί να μεταφερθεί στην CPU. Τώρα το πόσα rail είναι πραγματικά αφιερωμένα στα 12 volt και πόσα μοιράζονται κοινό rail είναι άλλο θέμα. Νομίζω ότι όλα τα CPU +12V πάνε από το ίδιο Rail πάντα οπότε το μόνο που κερδίζεις είναι τον διαμερισμό της ισχύος σε 4 καλώδια αντί για δύο, αλλά δεν είμαι 100% σίγουρος για αυτό!

Υ.Γ. NoDSL με πρόλαβες ;-)

[Saber_Rider]

Να ρωτήσω κι εγώ με την σειρά μου, τι ακριβώς είναι το efficiency;

[alexis2044]

Να ρωτήσω κι εγώ με την σειρά μου, τι ακριβώς είναι το efficiency;

Πρακτικά είναι ο συντελεστής απόδοσης του τροφοδοτικού.

Είναι δηλαδή η ισχύς DC που βγάζει στις εξόδους του δια την ισχύ AC που τραβάει από τον τοίχο.

Έτσι ένα τροφοδοτικό που αποδίδει π.χ. 300W στις εξόδους του, αν τραβάει 375W από την μπρίζα έχει συντελεστή απόδοσης

α=DC ισχύς(εξόδου)/ΑC ισχύς(εισόδου)=300/375=0,80 ή 80%

Όσο μεγαλύτερο είναι αυτό το νούμερο, τόσο λιγότερο ισχύ χρειάζεται ένας υπολογιστής για να λειτουργήσει. Δηλαδή λιγότερη θερμότητα χάνεται στα εξαρτήματα του τροφοδοτικού. Αυτό κατ'επεκτασιν σημαίνει και μείωση στον λογαριασμό του ηλεκτρικού.

Λογικά μιλώντας έτσι το τροφοδοτικό με το μεγαλύτερο efficiency δουλεύει πιο κρύο, χρειάζεται λιγότερη ψύξη και συνεπώς είναι πιο αθόρυβο από ένα άλλο με μικρότερο.

[eloydark]

να ρωτησω κατι πια ειναι η διαφορα συνδεσης της μητρικης (εκτος απο τα 24 pin) με 4 η 8 pin που ειναι για την CPU???

προκαταβολικα ευχαριστω

Ουσιαστικά μοιράζεις τα ampers που προορίζονται για το cpu σε περισσότερα καλώδια για να μην λιώσουν. Αν έχεις ενα cpu που τραβάει 25amper απο ένα καλώδιο θα φουντώσει. Σύν το οτι μπορείς να μοιράσεις το φορτίο του cpu σε περισσότερα rails(supply) του τροφοδοτικού.

Σήμερα συνάντησα ένα ωραίο άρθρο για το 8 pin cpu power supply. Φαίνεται πως η απάντηση στο ερώτημα είναι λίγο πιο περίπλοκη.

O Κλασσικός Power Connector των 2x2 ήταν πράγματι κάπως έτσι:

+12V +12V

GND GND

Σύμφωνα με το πρότυπο EPS12V, ο Power Connector των 2x4 pins είναι για την τροφοδοσία 2 διαφορετικών socket για Multiprocessor Motherboards όπου η τροφοδοσία γίνεται με τον εξής τρόπο:

+12V1 +12V1 +12V2 +12V2

GND GND GND GND

όπου προφανώς το V1 και το V2 είναι ανεξάρτητα rails που τροφοδοτούν ανεξάρτητες CPU (CPU όχι Cores!)

Οι σημερινές μητρικές παρόλα αυτά έχουν 2x4 pins για ένα socket. Η Αsus το ονομάζει EATX12V και είναι σημαντικό να είναι έτσι:

+12V1 +12V1 +12V1 +12V1

GND GND GND GND

Αν συνδέσεις άλλο rail στα pins δεν θα έχεις επιθυμητά αποτελέσματα, καθώς θα προκαλέσεις ταλαντώσεις και μεγαλύτερο jitter στα 12 Volt αφού θα έχουν διαφορετική στάθμη!

Υπάρχει άλλο ένα πρότυπο, από την AMD που ονομάζεται GES και έχει τα pins σε αυτή την διάταξη:

GND 12V 12V 12V

+5V PWRGOOD GND GND

και είχε βγει ειδικά για τους Athlon MP.

Στις σημερινές μητρικές της αγοράς που δεν έχουμε περισσότερα από ένα socket προφανώς μιλάμε για το 3ο πρότυπο και είναι σημαντικό να μην είναι ανεξάρτητα τα Rails. Σε όλα τα τροφοδοτικά της αγοράς (enthusiasts ή mainstream) αυτό ισχύει. Το πρότυπο αυτό δεν ακολουθείται από τα τροφοδοτικά των Server που είναι φτιαγμένα για μητρικές multisocket και δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται σε απλά pc.

[rory]

Πολυ καλο το ποστ!!!Μια σχετικη ερωτηση ομως!

Ποιο απο 3 psu ειναι ποιο αποδοτικο/αξιοπιστο,οταν το 1ο εχει 2 rails(+12V) στα 40A,το 2ο 4 rails(+12V) 2x20Α και 2x36Α και το 3ο εχει 6 rails(+12V) 4x18Α και 2x28Α????

[Dante80]

rory, το πόσο αποδοτικό ή αξιόπιστο είναι ένα τροφοδοτικό δεν εξαρτάται από τον τρόπο που "σπάει" τα rails του αλλά από την ποιότητα σχεδίασης και κατασκευής του.

Σε θεωρητικό επίπεδο, modular τροφοδοτικά έχουν περισσότερες απώλειες λόγω των βυσμάτων, και τροφοδοτικά που σπάνε τα rails τους (είτε από την αρχή σε λίγα μοντέλα, είτε εικονικά στα περισσότερα) ενδέχεται να έχουν μεγαλύτερα προβλήματα σταθερότητας τάσης, ειδικά σε κακώς σχεδιασμένα μοντέλα.

Σε πρακτικό επίπεδο, οι διαφορές είναι είτε μηδενικές, είτε απλά μη άξιες λόγου/σχολιασμού. Όσον αφορά τέλος το ζήτημα των δυνατοτήτων, σκέψου το εξής.

Ακόμα και το μικρότερο rail να πάρουμε στο παράδειγμα σου (*12Vx18A), η απόδοσή του πριν πέσει το overcurrent protection είναι 216watt τροφοδοσίας 12V ρεύματος, από *μια* και μόνο γραμμή. Αυτή την στιγμή δεν υπάρχει mainstream περιφερειακό (θα μπορούσαμε να συζητήσουμε υπό προϋποθέσεις για εξωτικές μεθόδους ψύξης, ή extreme OC) που να φτάνει έστω και οριακά αυτή την κατανάλωση. Για παράδειγμα, μια 5970 υπό προϋποθέσεις μπορεί να ξεπεράσει τα 300watt κατανάλωσης, αλλά αυτή σπάει σε 3 εισόδους (6pin, PCI-e slot, 8pin). Δεν σε υποχρεώνει κανένας λοιπόν να κρατήσεις την κάρτα σε 1 rail/pseudorail και μόνο...

Αλλά ακόμα και αν υπήρχε τέτοιο περιφερειακό, στα περισσότερα τροφοδοτικά λόγω σχεδιασμού (σικε διαμερισματοποίηση των rails) αν χρειαστεί τότε μπορείς να ξεπεράσεις το όριο χωρίς να πέσει το OC prot, ή απλά (όπως είπαμε) να σπάσεις τις εισόδους για το περιφερειακό που θέλεις σε περισσότερα rails.

Το βασικό ζήτημα λοιπόν σε ένα τροφοδοτικό δεν είναι η τοπολογία του όσον αφορά τα rails, αλλά η ποιότητα κατασκευής, οι δυνατότητες και τα εξαρτήματα που χρησιμοποιεί.

[rory]

Την ποιοτητα σχεδιασης και κατασκευης που λες την θεωρω δεδομενη,γιατι αναφερομαι σε high-end psu της αγορας.

Δεν σε υποχρεώνει κανένας λοιπόν να κρατήσεις την κάρτα σε 1 rail/pseudorail και μόνο...

Ωραιο το παραδειγμα σου,αλλα τι γινεται οταν ο κατασκευαστης σε υποχρεωνει να κρατησης την καρτα σε 1 rail?

Παραδειγμα το psu της υπογραφης μου... http://img85.imageshack.us/img85/6595/psuk.png http://img695.imageshack.us/img695/5760/psuo.png http://img156.imageshack.us/img156/2811/captureb.png

Πως θα συνδεθει 3η καρτα οταν θα πρεπει να ειναι η τροφοδοσια της απο το ιδιο rail?Ακομα ποιο σημαντικο,πως μπορω να ξερω και 1 καρτα που εχω αν ειναι σωστα συνδεμενη αφου οι συνδεσμοι δεν ξερω σε ποιο rail ειναι ο καθενας?

(υ.γ:μετα την απορια μου αυτη εριξα μια ματια στο psu μου κ δεν παιζει να ειναι σε λαθος rail γιατι οι συνδεμενη ανα 3 εχουν αλλο χρωμα (κοκκινο/μπλε) για να ξεχωριζουν τα rails.H φωτο απο το site του κατασκευαστη ειναι λαθος και με μπερδεψε.Αλλα το ερωτημα για την 3η καρτα παραμενει ακομα! )

[johnko1]

πολύ ενδιαφέρον άρθρο,τόσο καιρό μέλος και ούτε το είχα προσέξει

[Spiros771416003242]

Να ρωτησω και γω κατι, βραχυκυκλωνω το πρασινο και μια γειωση στο 24πινο και δεν ξεκιναει ο ανεμιστηρας, ουτε δινει ρευμα. Υπαρχει κατι αλλο που μπορω να κανω, η παραγγελνω αλλο?

[rory]

Το καλώδιο σύνδεσης από την πρίζα στο psu το τσέκαρες αν είναι εντάξει;

Αν το έχεις κάνει και αυτό μάλλον για άλλο σε βλέπω!

[The One]

Παμε για αλλο...

[Spiros771416003242]

Εγινε παιδες, ηδη παρειγγειλα αλλο. Κατι που παρελειψα να πω ειναι οτι πριν κανα εξαμηνο ειχε φαει κεραυνο(ΟΤΕ), και ειχε καει μονο η μητρικη τοτε. Το βυσμα του Lan ειχε λιωσει τελειως . Και τωρα τελευταια εκανε κατι περιεργα, δεν ξεκιναγε απο stand by ο υπολογιστης, ωσπου εχθες απεβιωσε

[jimmy16]

Μπραβο Αλεξη.

Πολυ ενδιαφερον το post.

Μαθαμε και κατι.

[bandit]

Να πω κι εγω ενα μπραβο, γιατι δεν βλεπουμε και πολυ συχνα λεπτομερειες για τον τροπο λειτουργειας των εξαρτηματων του υπολογιστή.

[Sucre]

Γεια χαρα σε ολους! Εχω σκοπο να κανω ολικη αναβαθμιση στο tower μου! το μονο που θελω να μαθω ειναι αν το τροφοδοτικο μου που ειναι 450W αντεχει τα εξης hardware: amd fx-4100 ή amd fx-6100 με μητρικη της asrock, καρτα γραφικων sapphire 7770 και ram 2x4Gb στα 1600Μhz. Μηπως θα χρειαστει να αγορασω νεο τροφοδοτικο 550 και ανω?

[YiorgosX]

Παρά τις επίμονες προσπάθειές μου, δεν κατάφερα να βρω κάτι σχετικό κι έτσι βάζω την ερώτησή μου εδω:

Η κατανάλωση ρεύματος του συστήματός μας είναι ανάλογη του τροφοδοτικού που έχουμε ή εξαρτάται από τις απαιτήσεις της σύνθεσής μας; Αν υποθεσουμε ότι το σύστημά μας 'χρειάζεται' 300w για να λειτουργήσει απρόσκοπτα, θα έχουμε την ίδια καταναλωση με τροφοδοτικό 500w ή 1000w τα οποία έχουν το ίδιο efficiency;

Δεν εξετάζω τις περιπτώσεις idle ή load θεωρώντας ότι η κατανάλωση θα είναι ανάλογη.

[crmaris]

όσο πιο μεγάλο το PSU συνήθως τόσο χαμηλότερο efficiency έχει στα χαμηλά loads. Βέβαια αν συγκρίνουμε ένα Platinum PSU με 1 kW μέγιστη ισχύ με ένα των 500 W αλλά Bronze ενδέχεται σε χαμηλά φορτία το Platinum να έχει καλύτερο efficiency και ας έχει πολύ μεγαλύτερη μέγιστη ισχύ.

Σε γενικές γραμμές όσο αυξάνει η μέγιστη ισχύ που μπορεί να αποδώσει ένα PSU τόσο μεγαλώνει το πλήθος αλλά και το μέγεθος των εξαρτημάτων που χρησιμοποιεί (πυκνωτές και πηνία). Ενώ σε ένα τέλειο κόσμο οι πυκνωτές και τα πηνία δεν έχουν απώλειες, δηλαδή δεν παρουσιάζουν ωμική αντίσταση, σε πραγματικές συνθήκες αυτό δεν ισχύει. Και ότι παρουσιάζει ωμική αντίσταση "τρώει" και ενέργεια.

Αυτά...