Co w gniazdku piszczy,czyli co nieco o zasilaczach

Niewątpliwie jednym z ważniejszych komponentów komputera, a często pomijanym w opisach, jest zasilacz. O tym, dlaczego on taki ważny i co tak naprawdę trzeba o nim wiedzieć, postaram się wyjaśnić w tym artykule. Za ewentualne nieścisłości bądź nieprawidłowości z góry przepraszam.

Czym tak naprawdę jest zasilacz?

Zasilacz lub inaczej PSU (z ang. Power Supply Unit) to taka metalowa „skrzynka” wypełniona różnymi ciekawymi składnikami jak oporniki, transformatory i inne. Jego zadaniem jest zamiana prądu zmiennego dostępnego w zwykłej sieci elektrycznej na cały szereg napięć, bez których komputer nie mógłby być nawet uruchomiony. Jego stabilna i niezawodna praca jest „źródłem życia” praktycznie wszystkich składników komputera, począwszy od płyty głównej, przez stacje dysków czy napędów, a na monitorze kończąc. Tak więc komputer bez zasilacza nie może istnieć, w drugą stronę bywa różnie (zawsze można go postawić na półce).

Z czego tak naprawdę składa się zasilacz i jak to się dzieje, że tak małe urządzonko jest w stanie zasilić tak wiele energożernych urządzeń. No więc podstawowymi składnikami zasilacza są:

• Transformator – obniża napięcie wejściowe, jakim jest 230V
• Układ prostowniczy – zamienia prąd zmienny na prąd stały
• Kondensator – utrzymuje stały poziom napięcia prądu stałego

To one spełniają główną rolę w zasilaczu, jednak poza nimi w skład „skrzynki” wchodzą również takie elementy jak wiatrak, radiator, które służą chłodzeniu całego układu, aby nie uległ przegrzaniu. Zasilacz sam w sobie pełni wiele funkcji, poprzez prostowanie, transformację napięcia, regulowanie, na izolacji i ochronie kończąc. Zasada działania jest w sumie prosta. Zasilacze zbudowane są na specjalnych układach przetwarzania napięcia (zwanych przetwornicami) pracujących z bardzo wysoką częstotliwością (kilkadziesiąt kHz, w sieci elektrycznej mamy raptem 50Hz) przekształcając wysokie napięcie z sieci na kilka linii o dużo niższych wartościach, czyli 3.3V, 5.0V oraz 12.0V. Osiągamy tym samym prąd umożliwiający kartom graficznym i dyskom twardym swobodne działanie. Zasada ta nie jest wolna od wad. Stąd też można spotkać znaczne różnice w cenach zasilaczy, od kilku do kilkuset złotych. Oczywiście obowiązuje tutaj znana nam wszystkim zasada: im droższy tym lepszy. Nie zawsze jest to prawdą (patrz procesory), ale w tym przypadku postawienie na firmę i wyrzucenie paru groszy więcej na zasilacz, jest jak najbardziej polecanym rozwiązaniem.

2+2=3, czyli moc zasialaczy

Często też przy wyborze zasilacza, powinno się kierować tzw. sprawnością zasilacza, a nie tylko jego mocą, jak większość potencjalnych kupujących postępuje. Myślenie typu „im więcej ma WAT-ów tym lepiej” jest często błędne, jeśli sprawność takiego zasilacza wynosi poniżej 75%. Im większa sprawność tym mniejsze uszczerbki energii w zasilaczu. Warto o tym pamiętać przy ewentualnych zakupach.

Mówiąc o li niach napięcia, podałem 3 wartości: 3.3, 5.0, 12.0 V. Zgodnie z obecnie wykorzystywanym standardem ATX12V v2.01 (patrz dolna część artykułu), najczęściej wykorzystywaną linią zasilania jest linia o napięciu 12.0 V. Drugą w kolejności jest linia 3.0 V. Dlaczego o tym wspominam? Otóż jest to o tyle ważne, gdy zaczniemy mówić o mocy wyjściowej zasilacza. Przykładowo mając zasilacz 470W, gdybyśmy podsumowali obciążenia na poszczególnych liniach wyszłoby nam 706W!!!. Czym jest spowodowana ta różnica? Przede wszystkim tym, że obciążalności nie sumuje się zgodnie z „trójkątem mocy” (patrz rysunek). Ponadto zmiana obciążenia na jednej linii ma znaczny wpływ na pozostałe linie (podczas pracy komputer pobiera inną moc z każdej linii i odbywa się to w sposób dynamiczny).

PFC, pasywne czy aktywne?

Dobrze, to sprawę „magicznego trójkąta” mamy omówioną. Lecz istnieje jeszcze parę czynników, na które warto zwrócić uwagę przy omawianiu „blaszanej skrzynki”. Mówię tu o takich elementach jak współczynnik mocy, kable czy wreszcie najciekawszy element – chłodzenie zasilaczy.

Co do pierwszego z nich, to należy wiedzieć, że współczynnik mocy (zwany inaczej PFC – Power Factor Correction) to nic innego jak stosunek mocy rzeczywistej (czynnej) do mocy pozornej w prądzie przemiennym. Czemu to takie ważne? Bowiem im wyższy owy współczynnik tym więcej urządzeń można zasilić z sieci. A dodatkowo: im jest on wyższy tym mniej węgla musimy spalić. Póki co w Polsce liczniki nie mierzą jeszcze mocy pozornej, ale za granicą jest to już rozwijane na szerszą skalę. Obecnie najczęściej stosowane są dwa następujące układy PFC:

• Pasywne – układ jest ustawiony na stałe na określone obciążenie; wiąże się
to ze znacznym spadkiem efektywności w przypadku innego obciążenia,
niż ustalone. W większości jest to dobre i często stosowane rozwiązanie.
• Aktywne – układ ten przełącza moc bez użycia kondensatorów, przez co zapewnia bardziej stabilne napięcie do głównego obwodu przełączającego.
Współczynnik mocy jest bliski jedności,
co z kolei skutkuje najlepszym wykorzystaniem energii elektrycznej.

Kabelkologia

Przejdźmy teraz do tematu kabelków. Największą rewolucją wprowadzoną przez nowy standard jest wtyczka 24-pinowa ATX, zastępująca dotychczasową 20-pinową. Cztery dodatkowe piny zawierają linie zasilania o napięciu +12V, +5V, +3,3V i dodatkowe uziemienie. Zgodnie ze standardem na dobre zagościło już złąc ze zasilania SATA, stosowane przez dyski twarde. Szkoda tylko, że złącze to jest rzadkością wśród napędów optycznych, już nie mówiąc o wysokiej cenie, która waha się w granicach 400 złotych. Rozpowszechniła się również 6-stykowa wtyczka PCI-E, za pomocą której są zasilane silne karty graficzne. Ciekawostką, na którą warto zwrócić uwagę, są tzw. kable odpinane. Rozwiązanie to zostało wprowadzone przez firmę Antec w modelu Neo480. Obecnie jest stosowane przez wielu producentów, do których należy zaliczyć: Tagan (Easycon TG530-U15), Hiper (HPU-4B580 Modular) czy Chieftek (CFT-560-A12C). Dzięki takiemu rozwiązaniu użytkownik może dowolnie skonfigurować okablowanie według własnych upodobań i nie musi się już męczyć z upychaniem kabli w obudowie. Poza tym „poprzekręcane kable” znacznie pogarszają system wentylacyjny wewnątrz jednostki.

Troszke wody dla ochłody

I wreszcie najciekawszy element spośród „wielkiej trójki, czyli chłodzenie. W ówczesnych zasilaczach najczęściej stosuje się potężne wiatraki o szerokości 12 cm i stosunkowo małe radiatory. Dzięki potężnym rozmiarom wiatraka, temperatura zmęczonych podzespołów szybko ulega minimalizacji. O ile jest to bezpieczne rozwiązanie, o tyle na pewno nie najcichsze. Hałas, jaki wydobywa się zza tylnej części obudowy można porównać z dzisiejszym odkurzaczem. Niestety nic na razie nie wskazuje, żeby mogło się coś zmienić w tej materii. A przydałoby się wprowadzić parę zmian, patrząc choćby jak firma Tagan poradziła sobie z hałasem w swych modelach: TG330-U01 czy wspomnianym już wcześniej Easycon TG530-U15. Urządzenia tej firmy są najcichsze na rynku, dzięki udanemu zgraniu potężnych radiatorów z dwoma wiatrakami umieszczonymi naprzeciwko siebie (patrz rysunek). Oczywiście, istnieją już pewne rozwiązania, które mogą skutecznie konkurować z zasilaczami aktywnymi. Należą do nich:

• Rozwiązania pasywne (wprowadzone przez firmy: SilverStone, Antec, Yesico);
• Rozwiązania półpasywne (przedstawicielem jest np. Topower 420 NF).

Polegają one na tym, że uruchamiają wiatraki tylko w sytuacji dużego obciążenia. Szkoda tylko, że rozwiązania te nie są rozwijane na szerszą skalę. Nie mówię już o radiatorach, które są coraz to mniejsze i mniejsze, a przecież to one służą odbieraniu ciepła z przegrzewających się elementów zasilacza. Stąd też powstał pomysł radzenia sobie z ciepłem wewnątrz zasilacza, mianowicie mówię tutaj o chłodzeniu wodnym (stosowane m.in. w urządzeniach firmy Antec). Zasilacze takie można podpinać do istniejącej instalacji chłodzącej, bądź kupując odpowiedni zestaw. Dzięki takiemu rozwiązaniu, zasilacz jest praktycznie niesłyszalny z odległości jednego metra. Jednak cena takiego pomysłu jest zbyt wysoka i nieadekwatna do osiąganych wyników, toteż lepiej zainwestować w któreś z powyżej opisanych rozwiązań.

I tak kończy się krótka historia o zasilaczach. Artykuł ten miał za zadanie w miarę sensowne wytłumaczenie, czym jest i czemu służy zasilacz. Jeśli ktoś pragnie pogłębienia wiedzy na ten temat, odsyłam do poszukiwań w Internecie. Jest on pełen najrozmaitszych artykułów z tej dziedziny i na pewno każdy znajdzie coś dla siebie.

Standard ATX12V v2.01

W większości główne postanowienia owego standardu zostały już poruszone, lecz zestawmy je w jednej prostej postaci:

• Większa wydajność linii napięcia 12.0 V;
• Wprowadzenie na stałe złącza SATA;
• Złącze ATX 24-stykowe (dla zasilaczy w wersji ATX 1.3 są dostępne przejściówki);
• Zwiększona wydajność zasilaczy, rzędu 70%.

Kuba Kosmol