Водич за потрошувачка на енергија Како да ја пронајдете вистинската единица за напојување за компјутер и сервер
Обично, корисниците не се мачат да го изберат напојувањето. Во ретроспектива, ова често се покажува како сериозна грешка. Ако има необјасниви падови на системот, не е невообичаено да е виновна неправилно избраната единица за напојување. Покрај тоа, напојувањето може да заштеди пари ако е правилно димензионирано. Енергетската ефикасност станува сè поважен критериум кога станува збор за купување нови компјутери или сервери. Нашата сестринска публикација Tecchannel ви дава практични одговори на важни прашања во врска со напојувањето во следново: Како ја одредувате потребната електрична енергија на системот? Што друго треба да размислите кога купувате напојување? Каква енергија испорачува напојувањето? Што значи честопати неразбирливата информација на плочката со назив на единиците за напојување?
Соодветните спецификации се важен водич за вклучување на напојувањата. Во кои комитетите ги поставуваат електричните и механичките параметри на добавувачите на енергија. Овие спецификации често им даваат на производителите многу слобода во развојот на напојувања во режим на вклучен режим, така што информациите на табличките не се секогаш директно споредливи.
Некои производители на напојување сакаат да се пофалат со бројки со високи перформанси. Според мотото: „Колку повеќе енергија, толку подобро е напојувањето.“ Но, особено со напојувања во режим на вклучено, не треба да бидете предмет на оваа заблуда, бидејќи понекогаш преголемото работење е неповолна положба, како што е објаснето во статијата. Покрај тоа, ние објаснивме како работи напојувањето со вклучен режим во принцип и ги потенцираме најважните електрични параметри како што се ефикасност, комбинирана моќност и PFC.
Оваа статија се заснова на придонес од нашата сестринска публикација Tecchannel. (пах)
Како функционираат прекинувачките напојувања
Напојувањата што сè уште се користат денес во основа работат со трансформатор, исправувач и линеарен контролен елемент. Недостатоци на ова сега застарено, но сепак многу ефтино решение се големата дисипација на моќноста, големиот волумен и соодветно високата тежина. Од друга страна, тука е напојувањето во режим на вклучен режим со неговата релативно висока ефикасност од обично 60 до 90 проценти и помала тежина и помали димензии. Сепак, овие предности во однос на конвенционалното напојување треба да се купат по повисока цена.
Влезниот напон во мрежата од 220 волти и 50 Hz се исправува и грубо се измазнува преку исправувач и кондензатор на филтерот. Преносник и прекинувачки транзистор го формираат срцето на напојувањето со режим на прекинувач. Оваа единица го „расекува“ DC напонот со фреквенција од околу 50 kHz и го претвора во помал напон. Исправувач низводно, вклучувајќи излезен задушувач и кондензатор на филтерот, обезбедуваат "чист" излезен DC напон. Контролното и регулирачкото коло, кое се напојува назад во прекинувачкиот транзистор, го одржува излезниот напон на константна вредност, без оглед на вклучениот товар. Овој принцип може да се примени на сите напонски гранки како што се 12, 5 или 3,3 В.
Спецификации за напојување за работна површина
Напојувањето за десктоп компјутерите во голема мера е предмет на спецификациите на FormFactors.org. Една од најважните спецификации е Водичот за дизајн на напојување ATX12V, чија верзија 2.3 е достапна од март 2007 година. Сите електрични и механички параметри на единицата за напојување се наведени во неа. Во споредба со претходната верзија 2.2, опсегот на напон се толерира поблиску за некои параметри.
Следната табела ги прикажува дозволените отстапувања на излезните напони од номиналната вредност на единицата за напојување. Ако вредностите на напонот се во рамките на овие опсези, на компјутерскиот систем не смее да има негативно влијание. Покрај тоа, спецификациите на ATX овозможуваат преостаната бранување на излезните напони од 50 или 120 mV на соодветните линии.
Напонска линија
Отстапување [%]
Мин. [V]
Ном. [V]
Макс. [V]
Бран [mVpp]
Верзијата спецификација ATX 2.3 содржи спецификации за напојувања помеѓу 180 и 450 вати. Спецификациите за единица за напојување од 450 вати ги препорачуваат следните струи за соодветните гранки на напон. Сепак, врвните струи не смеат да се користат подолго од 17 секунди во минута. И во оваа област, граничните вредности се затегнати донекаде. На пример, FormFactors.org малку ја намали минималната струја на некои линии и соодветно ги зголеми вредностите на врвната струја.
Напонска линија
Мин. Тековна [A]
Макс. Струја [A]
Врвна струја [A]
Според спецификациите, напојувањето со ATX сепак мора да функционира правилно од примарната страна во наведените опсези на влезен напон. Со номинален влезен напон од 230 VAC, напонот може да биде помеѓу 180 и 265 VAC. Со 115 VAC мрежа, напонот може да варира помеѓу 90 и 135 VAC. Фреквенцијата не треба да паѓа под или да ги надминува праговите на толеранција од 47 и 63 Hz.
Спецификации за напојување за сервери
Инфраструктурата на серверскиот систем (SSI) се грижи за спецификациите на напојувањето на серверот. Тековниот водич за дизајн на напојување EPS12V во верзија 2.92 ги комбинира најважните спецификации.
Следната табела ги споредува отстапувањата на напонот од номиналните вредности на различните напонски водови и преостанатата бранување. Во споредба со спецификациите на ATX, спецификациите на EPS за напојување на серверот подлежат на многу построги толеранции. Со ATX извори на енергија, на пример, главните напони може да отстапат за +/- 5 проценти, со EPS е само +5 и -3 проценти.
Напонска линија
Отстапување [%]
Мин. [V]
Ном. [V]
Макс. [V]
Бран [mVpp]
Вредностите во заградите ги означуваат опционалните вредности за потесно толерирани излезни напони на единицата за напојување.
Со цел да се задоволи зголемената побарувачка на енергија, спецификациите секогаш мора да бидат прилагодени на потребите на пазарот и да дефинираат спецификации за помоќни напојувања. Тековната EPS спецификација верзија 2.92 за единица за напојување 950 W ги пропишува струите наведени во табелата за соодветните напонски водови. Сепак, врвните струи можат да се земат само од единицата за напојување во период од 12 секунди.
Напонска линија
Мин. Тековна потрошувачка [A]
Макс. Тековна потрошувачка [A]
Врвна потрошувачка на струја [A]
Како напојување со преклопување на ATX, снабдувачите на напојување со EPS сервер исто така имаат варијабилен опсег на влезен напон. Ова е помеѓу 180 и 264 VAC за напонска мрежа од 230 VAC и помеѓу 90 и 140 VAC за 115 VAC. Фреквенцијата може да отстапува од стандардот 50 Hz помеѓу 47 и 63 Hz.
Ефикасност на вклучување на напојувања
Ретко кој се смета за параметар во напојувањата во режим на вклучување е ефикасност. Ова е помеѓу 60 и 80 проценти за сегашните модели. Единицата за напојување троши околу петтина од енергијата што се користи како бескорисна топлина. На пример, ако компјутерски систем извлече 500 вати електрична енергија од приклучокот, тогаш со ефикасност од 80 проценти, 100 вати се доделуваат на единицата за напојување. Останатите 400 вати се достапни на компонентите на компјутерот како корисна енергија.
Ефикасноста се пресметува од односот на активната моќност на излезот и на влезот. Колку е поголема вредноста, толку поефикасно работи напојувањето. Тековните спецификации на ATX и EPS предвидуваат ефикасност од најмалку 65 проценти со оптоварување од 20 проценти. На половина товар, снабдувачот на енергија треба да работи со ефикасност од 72 проценти, а при полн товар е доволен 75 проценти. Сепак, и двете спецификации препорачуваат ефикасност од најмалку 80 проценти за овие три опсези на оптоварување.
Сликата покажува типична крива на ефикасноста на прекинувачкото напојување (Cisco 34-0873-01). Уредот работи релативно неекономично до околу 5 проценти оптоварување со ефикасност од 0 до 60 проценти. Напојувањето со вклучен режим постигнува најголема ефикасност од околу 85 проценти со оптоварување од 50 проценти. При максимално оптоварување, ефикасноста паѓа на околу 82 проценти.
80 плус напојувања нудат поголема енергетска ефикасност
Упатствата за Energy Star 5.0 и стандардот 80 плус се важен дел од идните напојувања. Ова се однесува конкретно на единиците за напојување што се користат во компјутерот. Новите спецификации за напојувањето бараат не само висок степен на ефикасност, туку и подобар квалитет на напојувањето на уредите. Ако напојувањето ги исполнува строгите прописи, тие можат да бидат украсени со соодветното лого.
Ефикасноста се формира од количникот на излезната активна моќност до влезната активна моќност. Колку е поголем овој фактор (идеално 1 или 100 проценти), толку е подобро напојувањето или ефикасноста. Колку е помала ефикасноста, толку повеќе електрична енергија електричниот пакет претвора во бескорисна топлинска енергија. Претходно комерцијално достапните напојувања работат со ефикасност од околу 60 до 70 проценти при искористување од 50 проценти. Ефикасноста се влошува ако напојувањето работи надвор од процентната водечка вредност.
Регулативата 80 плус предвидува внатрешни напојувања на работната површина дека ефикасноста не смее да падне под 80 проценти со 20, 50 и 100 проценти електрично користење на диспензерот за енергија. За да се добие 80 плус сертификат за единица за напојување, производителот мора да ги провери овие вредности од 80plus.org. Податоците за тестот се евидентираат во извештајот за тест и се објавуваат на веб-страницата. Покрај класичниот стандард 80 плус, сега постојат и понови стандарди:
80 ПЛУС бронза (82 проценти ефикасност при оптоварување од 20 проценти, 85 проценти при оптоварување од 50 проценти, 82 проценти при оптоварување од 100 проценти)
80 ПЛУС Сребрена (85 проценти работна плоча при оптоварување од 20 проценти, 88 проценти при оптоварување од 50 проценти, 85 проценти при оптоварување од 100 проценти)
80 ПЛУС злато (87 проценти работна група со 20 проценти оптоварување, 90 проценти со 50 проценти оптоварување, 87 проценти со 100 проценти оптоварување)
80 PLUS Platinum (90 проценти рамно учество при оптоварување од 20 проценти, 92 проценти при оптоварување од 50 проценти, 89 проценти при оптоварување од 100 проценти)
Во споредба со претходните внатрешни напојувања на работната површина, ефикасност од 80 проценти може да се постигне само преку прецизни контролни јамки во напојувањето во режим на вклучено и преку компоненти со многу блиска толеранција. Со овие мерки соодветно се зголемуваат трошоците за производство за ваква ефикасна единица за напојување.
Повеќе ефикасност: квалитет наместо квантитет
Ефикасноста од 80 проценти има неколку позитивни несакани ефекти. Прво и најважно, единицата за напојување генерира помалку бескорисна енергија во споредба со конвенционалните единици за напојување со иста активна моќност. Ова резултира со трајно пониски трошоци за електрична енергија за корисникот. Покрај тоа, производителот или корисникот на компјутер може да користи единица за напојување што има помала номинална моќност.
Друга предност на високата ефикасност е понискиот развој на топлина во напојувањето. Меѓу другото, ова има ефект на продолжување на животниот век на електричните компоненти, како и на механичките компоненти.
Покрај ефикасноста, нарушувањата на напонот играат голема улога во напојувањето. Овие се појавуваат кога напојувањето во режим на вклучен работи "неправилно". Ова создава хармонични струи кои го нарушуваат напонот во мрежата. Ова доведува до зголемено мешање со потрошувачите и ги зголемува електричните загуби во единицата за напојување. Покрај тоа, низводните потрошувачи треба да се справат со овие проблеми.
Овие непожелни нарушувања на напонот можат да се компензираат само со поголема диелектрична јачина на компонентите, како што се кондензатори и полупроводници, како и со употреба на соодветни филтри. Ова обично се поврзува со поголеми трошоци за единицата за напојување.
Таканаречениот Фактор на моќност (PF) или фактор на моќност на единица за напојување, исто така, ги зема предвид спецификациите 80 плус. Факторот на моќност е односот на активната моќност (P) во вати и очигледна моќност (S) во VA. 80plus.org пропишува фактор на моќност поголем од 0,9 за соодветната единица за напојување 80 плус кога уредот се користи со 100 проценти.
Комбинирана моќност: теорија
Конвенционалните напојувања за сервери, работни станици или десктоп компјутери ги обезбедуваат трите главни напони од 12, 5 и 3,3 волти. Тие исто така имаат дополнителни помошни напони како што се -5, -12 и 5-волтен режим на подготвеност. Со цел да се заштедат напорите на колото, а со тоа и трошоците, контролната јамка за напон + 3,3 волти и + 5 волти споделуваат калем од излезниот трансформатор (комбинирана моќност) со повеќето комерцијални добавувачи на енергија.
Ова значи: Ако излезното оптоварување е зголемено на една напонска гранка, максималното излезно оптоварување на другата линија се намалува во исто време. Компонентите како што се plug-in картички или погони кои се напојуваат од 5-волтната линија, затоа истовремено влијаат на достапноста на барањата за напојување на процесорот на линијата од 3,3 волти. Оваа директна зависност на двете напонски гранки може да доведе до нестабилност на системот кога ќе се исцрпи максималното оптоварување.
Поради оваа причина, купувачот на единица за напојување треба внимателно да провери дали единицата за напојување има „комбинирана моќност“ и како производителот ги дели податоците за перформансите на одделните гранки. Треба да се напомене дека максималната вкупна моќност на двете напонски гранки 3,3 волти и 5 волти со комбинирана моќност е значително помала од индивидуалните збирки на водовите.
Комбинирана моќност: Вежбајте
Користејќи го примерот на нашата плоча со име за да бидете тивки! Dark Power Pro од Листан покажува дека гранката од 3,3 волти напојува 24 А електрична енергија и линијата од 5 волти исто така обезбедува 30 А. Тоа е 79,2 или 150 W. Производителот одредува комбинирана моќност од максимум 170 W за двете гранки заедно, а не 230 W, што произлегува од збирот на одделните гранки. Со комбинирана моќност, напонските гранки се ограничуваат едни на други. На пример, ако едната линија е силно натоварена, другата има помалку достапна енергија.
Ова може да се отстрани со посебни калеми за трансформатори, кои се достапни за секој поединечен напон, вклучувајќи ја и контролната јамка. Со нив може да се управува со максималното номинално оптоварување одредено на плочката со имиња. Ограничувачки фактор е тогаш само вкупната моќност што ја испорачува единицата за напојување според производителот.
Корекција на факторот на моќност (PFC)
Главен недостаток на напојувањето во режим на вклучување е потрошувачката на струја на влезот во форма на кратки импулси. Амплитудите на исправувачот во влезното коло се многу пати повисоки од директната струја извлечена на излезот. Овие нелинеарни струи, засилени со индуктивности и капацитети, предизвикуваат нарушувања и деформации на синусоидалните осцилации на влезот. Покрај тоа, постои голем процент на непожелни хармоници што предизвикуваат електромагнетни пречки. Како резултат, единиците за напојување на други уреди можат да почнат да потпевнуваат или може негативно да влијаат на приемот на телевизија и телефон. Овие нарушувања се сериозен проблем и за снабдувачите на електрична енергија, бидејќи тие треба да обезбедат наизменична струја со постојан квалитет на секој корисник.
Со цел да се испеглаат овие недостатоци, производителите ги опремуваат единиците за напојување со таканаречено коло за корекција на факторот на моќност (PFC). Ова треба да повлече скоро линеарен напон од мрежата и да се однесува повеќе или помалку како омско оптоварување, со што ќе се избегнат мрежни нарушувања.
Пасивниот PFC користи индуктивен задушник и кондензатор како нискофреквентен нископропусен филтер. Овие ги потиснуваат врвовите на напон што се случуваат и истовремено ги потиснуваат хармониците. Индексот на факторот на моќност е 0,7-0,8. Покрај тоа, мора да се користат обемни кондензатори и калеми, бидејќи влезот на напојувањето работи со мала фреквенција од 50 до 60 Hz.
Активниот PCF постигнува значително подобра корекција на факторот на моќност од 0,9 на 1. Ова користи активни компоненти како што се IC и тиристорски кола за регулирање на потрошувачката на струја како да е поврзано омско оптоварување. Покрај тоа, активното контролно коло PFC овозможува широк опсег на променливи влезни напони помеѓу 85 и 265 VAC. Активниот PFC на тој начин нуди повисок степен на ефикасност, подобра компатибилност со ЕМС, мала големина и контрола со широк опсег во споредба со пасивниот пандан. Сепак, овие предности се купуваат по повисока цена.
Заштитни функции на напојувања
За безбедно работење на прекинувачки напојувања, спецификациите препорачуваат серија заштитни кола што го исклучуваат напојувањето во итни случаи. Тековното ограничување е една од најважните заштитни мерки. Ова мора да биде вградено во секоја гранка на напон. Тековната граница се активира кога ќе се надминат одредени ограничувања на струјата на излезот од единицата за напојување. Ова исто така вклучува краток спој, кој треба да се надомести од снабдувачот на енергија кога ќе се појави.
Заштитата од пренапон е уште една безбедносна мерка за да се избегне оштетување на чувствителните компоненти на компјутерот. Слично на ограничувањето на струјата, коло во напонските гранки го деактивира напојувањето кога ќе се достигнат одредени вредности на прагот.
За да се спречи прегревање, единиците за напојување во режим на вклучување имаат вентилатори контролирани од температурата и интегрирани сензори за температура што ја исклучуваат единицата за напојување кога ќе се достигне одредена гранична температура. Колото за заштита на температурата штити од термичко уништување на уредот, особено во случај на голема потрошувачка на енергија или ако не работи вентилаторот за напојување.
Со цел да се заштити напојувањето од недефинирани контролни состојби кога влезовите се растовараат, производителите ги опремуваат напојувањата во режим на вклучен режим со таканаречена функција без оптоварување. Ова ги препознава влезовите на отворениот конектор и го става напојувањето во состојба на исклучување додека не се поврзе товар.
Напојувања и електрична енергија
Побарувачката на компјутерски системи за електрична енергија енормно се зголеми во последниве години. Не барем поради сè повисоките часовници и помоќните процесори и графички чипови. Соодветно на тоа, единиците за напојување мора да обезбедат повеќе електрична енергија. Следната табела дава груб преглед на барањата за напојување на одделните компоненти во нешто постариот пример на систем: