Zdroj (počítač)

Počítačový zdroj je súčiastkou (komponentom) počítača, ktorá zabezpečuje dodávku energie pre systém transformovaním vstupného napätia na napätia požadované pri požadovanom výkone. Ďalšou nemenej dôležitou funkciou zdroja je zabezpečenie cirkulácie vzduchu potrebného pre chladenie komponentov v počítači.

Zdroj ATX so 120mm ventilátorom, pohľad na spodnú stranu

Zdroj môže byť štandardný (súčasť modulárneho systému počítača) s definovanými rozmermi, montážnymi bodmi, umiestnením chladenia, napätím a konektormi (napr. AT, ATX, mini ATX ...), alebo neštandardný (výrobca ho vyrába len pre konkrétny model počítača). Najčastejším typom zdroja používaným v súčasnosti je zdroj štandardu ATX.

Vonkajšie vyhotovenie

Mechanické vyhotovenie. Modul

Výkres rozmerov zdroja so štandardizovanými úchytnými bodmi

Zdroj je umiestnený v plechovej skrinke (obale). Rozmery definuje štandard ATX (štandard ATX (Advanced Technology Extended) zavedený Intel-om v roku 1995 definuje rozmery a prípojné body základnej dosky, skrine a počítačového zdroja). Rozmer zdroja (skrinky) je 86 x 150 x 140 mm. Ako materiál sa používa oceľový pozinkovaný plech (niekedy aj dural, alebo plast). Na zdroji sú vyhotovené otvory pre prívod a odvod chladiaceho vzduchu (tak aby bolo zabezpečené krytie IP). Zdroj sa umiestňuje do počítačovej skrine rovnakého typu (štandardu napr. ATX), čo zabezpečí lícovanie upevňovacích a chladiacich otvorov. Zadná strana zdroja je zvyčajne viditeľná aj po inštalácii zdroja do skrine. Na nej sa nachádzajú vstupné (a výstupné) konektory 230V a veľký otvor pre "výfuk" chladiaceho vzduchu. Na chladenie sa používa 80mm ventilátor. Postupne bolo zavedených niekoľko modifikácií, najdôležitejšia z nich bolo umiestnenie 120mm ventilátora na „brucho“ zdroja, čím sa zmenil spôsob cirkulácie vzduchu, pričom vonkajší modul ostal zachovaný.

Konektory a vodiče

Konektory 230V vstup a výstup

Štandard ATX definuje aj vstupné a výstupné konektory. Vstup 230V /50 –60 Hz, na napájanie sa používa konektor (označovaný tiež ako eurokonektor) podľa IEC 320, EN 60320, ten je niekedy doplnený o výstup 230V pre napájanie periférií na zadnej stene zdroja. V našich (európskych) končinách sa používa napájanie 230 V (max. 250V), vyrábajú sa aj zdroje pre iné vstupné napätia, niektoré zdroje majú voliteľné vstupné napätie prepínačom na zadnej časti zdroja.

Výstupom pre napájanie počítača je konektor štandardu ATX umiestnený na kábli (káblovom zväzku) a napájacie konektory pre disketové mechaniky 5.25“ a 3.5“ a iné periférie tak isto umiestnené na kábloch. Jednotlivé napájacie vodiče sú vedené v tzv. prúdových vetvách, čiže vždy jeden, alebo dvojica konektorov napájania mechaník je na jednom zväzku káblov tak, aby bol zabezpečený maximálny prúdový odber a nedochádzalo ku poklesu napätia vplyvom vysokého odberu vo vetve.

Zdroj ATX sa ovláda signálom (PS-ON wire), ktorý je možné zadať tlačidlom, ale aj softvérovo. Krátky impulz zdroj zapne, dlhý impulz (> 5 sekúnd – napr. pridržanie tlačidla) zdroj vypne. Softvérovo môže signál vydať operačný systém na základe počítačového programu. Pre testovacie účely je možné zdroj zapnúť manuálne (mimo základnej dosky). Je potrebné spojiť nakrátko piny PS_ON# (zelený) a COM(GND) (čierny) (susedný pri PS_ON# z oboch strán). Pokiaľ sú tieto piny spojené, zdroj beží a dodáva napätia.

Signály primárneho a sekundárneho ATX konektora

História vývoja konektorov ATX

typ	pinov	použitie
WTX	24 primárny	Pentium II a III, Xeon, Athlon M
ATX	20 primárny	Pentium III, Athlon XP
AMD GES	24 primárny, 8 sekundárny	Athlon Dual
EPS12V	24 primárny, 4 sekundárny, 4 terciálny	Xeon, Opteron
ATX12V	20 primárny, 4 sekundárny, 8 terciálny	Pentium 4, Athlon XP, Athlon 64
ATX12V v. 1.3 (odobrané -5V)	20 primárny, 4 sekundárny, 8 terciálny	Pentium 4, Athlon XP, Athlon 64
ATX12V v. 2.0	24 primárny, 4 sekundárny	Pentium 4, Core2, Athlon 64
ATX12V v. 2.2	20/24 primárny (niekedy skladaný), 4 sekundárny	Pentium 4, Core2, Athlon 64

Elektricky ako konektor ATX sa dnes štandardne používa (podľa Intel ATX12V PS Design Guide v 2.2 / Intel Corp. 1995):

konektor	terminál	kontakt	vodiče	farebné značenie vodiča
základný ATX konektor	24 pinový Molex MiniFit PN3 39-01-2240, alebo ekvivalent	Molex 44476-1112 (HCS), alebo ekvivalent	18AWG pre všetky vodiče okrem +3.3V sense (13-22 AWG), pre 350 W je odporúčane 16 AWG	+3.3V oranžová, +12V žltá, +5V červená, PW_OK šedá, COM (GND) čierna, +3.3V sense hnedá, PS_ON zelená
ATX na zákl. doske	Molex 44206-0007, alebo ekvivalent
sekundárny ATX konektor	4 pinový Molex 39-01-2040, alebo ekvivalent	Molex 44476-1112 (HCS), alebo ekvivalent	18AWG	+12V žltá, COM (GND) čierna
sekundárny na zákl. doske	Molex 39-29-9042, alebo ekvivalent
Napájanie mechaniky 5.25 palca ...	AMP 1-480424-0, alebo MOLEX 8981-04P, alebo ekvivalent	AMP 61314-1, alebo equivalent	18AWG	+12V žltá, COM čierna, +5V červená
Napájanie mechaniky 3.5 palca ...	AMP 171822-4, alebo ekvivalent		20AWG	+5V červená, COM čierna, +12V žltá
serial ATA konektor	Molex 88751, alebo ekvivalent		18AWG	+3.3V oranžová, COM čierna, +5V červená, +12V žltá

24-pinový ATX konektor (primárny), 20-pinová verzia nemá kontakty 11, 12, 23 a 24

Rozoberací 20 / 24 pinový ATX konektor

24-pinový ATX konektor (primárny)

farba vodiča	signál	kontakt	kontakt	signál	farba vodiča
	+3.3 V	1	13	+3.3 V sense
	+3.3 V	2	14	-12 V
	COM (GND)	3	15	COM (GND)
	+5 V	4	16	Power on
	COM (GND)	5	17	COM (GND)
	+5 V	6	18	COM (GND)
	COM (GND)	7	19	COM (GND)
	Power good	8	20	-5 V
	+5 V standby	9	21	+5 V
	+12 V	10	22	+5 V
	+12 V	11	23	+5 V
	+3.3 V	12	24	COM (GND)

Parametre zdroja

Výstupy zdroja závisia od jeho celkovej kapacity a výkonu.

Napätie a jeho rozsahy

Počítačový zdroj musí zabezpečiť napätie v určitom rozsahu. Napätie nesme poklesnúť pod stanovený limit ani pri maximálnom zaťažení zdroja. Bežne by mal zdroj pracovať maximálne na 75% - 80%) svojho výkonu. Zvyšná kapacita je určená ako rezerva pre špičkové odbery. Zdroj má najvyššiu účinnosť pri 50 – 75%-nom zaťažení.

Výstupné napätia zdroja:

nominálne	odchýlka max.	minimálne	normálne	maximálne
+12V	±5%	+11.40V	+12.00V	+12.60V
+5VDC	±5%	+4.75V	+5.00V	+5.25V
+3.3V	±5%	+3.14V	+3.30V	+3.47V
-12V	±10%	-10.80V	-12.00V	-13.20V

Signál Power Good a Power On

PWR_OK (power good) signál. Je signálom zdroja. Po stabilizácii napätí (cca. 100 – 500 ms od nábehu zdroja) na základe parametrov napätia jednotlivých prúdových vetiev zdroj oznámi základnej doske že parametre napätí sú správne (power good – napájanie je v poriadku). Ak tento signál základná doska nedostane, nezapne sa (v skutočnosti riadiaci obvod na základnej doske trvale generuje signál reset pre CPU). Signál je kompatibilný s logikou TTL (5V).

PS_ON# (power on) signál je aktiváciou zdroja. Je kompatibilný s logikou TTL a vysiela ho základná doska na základe stlačenia tlačidla "power" používateľom, alebo na základe programu. Ak signál je TTL low (logická nula) zdroj zapne základné napätia a vyšle signál power good.

Uvedené činnosti a pohotovostný stav elektroniky (zapnutie počítača pomocou sieťovej karty, klávesnice, modemu, hlavného vypínača atď.) v čase vypnutia základného zdroja zabezpečuje pohotovostný zdroj +5VSB.

Remote Sensing

+3.3 V výstup má zabudovanú spätnú väzbu, aby bola zaručená hodnota napätia až pri zariadení na základnej doske (kompenzácia poklesu napätia vplyvom strát vo vedení a vplyvom prúdového zaťaženia). Tomuto účelu je vyhradený pin 13 na základnom ATX konektore.

Typické prúdové zaťaženie

Konektory ATX primárny a sekundárny

Konektory pre napájanie mechaník

Je rôzne pre rôzny nominálny výkon zdroja.

Pre najpoužívanejší zdroj ATX 400W (podľa predpisu Intel ATX12V):

napätie	minimálny prúd	maximálny prúd	špičkový prúd
+12V	1A	14A	15A
+12V (sekundárne ATX pre CPU)	(1.2A) 1A	13A	16.5A
+5V	0.3A	14A
+3.3V	0.5A	20A
-12V	0A	0.3A
+5V (stand-by vetva - pod prúdom aj po vypnutí PC)	0A	2.5A	3.5A

Maximálny spoločný odber výstupov 3.3 V a 5 V spolu musí byť menší ako 130 W.

Špičkový prúdový odber nesmie trvať dlhšie ako 17 sekúnd s prestávkou min. 1 minúta. Prúdové vetvy 12V 1 and 12V 2 majú maximálny spoločný odber 240W, pričom je možné celý odber realizovať jednou vetvou.

Výkon zdroja

Počítačový zdroj je počítaný pre výkon, ktorý je založený na odbere jednotlivých prúdových vetiev zdroja. Zdroje sa typicky vyrábajú o výkone od 200W do 500W. Vyrábajú sa aj zdroje pre vyššie zaťaženie (silné grafické karty, viacero mechaník ...) o výkone 500W – 1000W, extrémne až 2000W. Neplatí však všeobecná rovnica – vyšší výkon je lepší zdroj. Zdroj ideálne pracuje pri svojom nominálnom zaťažení (asi 50 - 75% celkového výkonu), má najnižšiu spotrebu (jalový výkon) a teda najvyššiu účinnosť. Tak isto stabilizácia vetiev je menej náročná na prácu zdroja (napätie pri záťaži). Ak predimenzovaný zdroj pracuje pri malej záťaži klesá jeho účinnosť, prehrieva sa, napätia kolíšu až po hornú hranicu povoleného rozsahu, klesá presnosť stabilizácie „napätia plávajú“ ....

Označenie zdroja

Popisný štítok zdroja ATX

Na kryte zdroja je technická nálepka obsahujúca informácie o zdroji (výkon, príkon, prúdové zaťaženie vetiev ...). Zároveň musí obsahovať údaje kto skontroloval bezpečnosť zdroja. Zdroje podliehajú certifikácii v štátnych skúšobniach jednotlivých krajín z hľadiska ich bezpečnosti pre dané použitie. Zdroj bez certifikátu bezpečnosti nie je možné používať ! (STN, ČSN, EN, UL, GS, TÜV, NEMKO, SEMKO, DEMKO, FIMKO, CCC, CSA, GOST R, BSMI). Zároveň sa pri certifikácii kontroluje elektromagnetické rušenie zdroja (EMI/RFI) napr. (CE, FCC, C). Zdroje predávané v Európe musia byť označené CE značkou.

Interné vyhotovenie

Vnútro zdroja

Bezpečnostné varovanie. Pre použitie zdroja v oblasti výpočtovej techniky je zdroj považovaný za nerozoberateľný modul. Zdroj neobsahuje žiadne nastavovacie prvky, ani prvky vyžadujúce údržbu. Pri jeho poruche sa zvyčajne zdroj mení ako celok. Opravovanie týchto zariadení sa neodporúča, pretože je to potenciálne nebezpečné. Časť energie ostáva naakumulovaná v komponentoch zdroja aj po jeho vypnutí a zdroj pri neodbornom rozoberaní môže byť nebezpečný aj ak už nemá pripojený napájací kábel !

Vo vnútri zdroja nájdeme viacero druhov elektrických a elektronických komponentov, chladičov a cievok. Zdroj vyvíja značné množstvo tepla, preto sa v ňom nachádza viacero pasívnych chladičov a ventilátor zabezpečujúci nepretržité prúdenie vzduchu. Konštrukčne je počítačový zdroj spínaný elektronický zdroj s viacnapäťovým výstupom.

AT a ATX

AT zdroj

Zdroj ATX

Sú dva základné rozdiely medzi AT a ATX zdrojmi. Hlavný rozdiel je v napájacom konektore, jeho tvare a napätiach, ktoré zdroj poskytuje. Druhý hlavný rozdiel je v jeho ovládaní. AT zdroj sa zapína privedením vstupného napätia (sieťovým vypínačom), ATX má niektoré obvody stále „pod prúdom“ a je ovládaný tlačidlom (power-on-switch), je ho možné naštartovať a vypnúť aj softvérovo (programom), alebo na základe udalosti (stlačenie tlačidla na klávesnici, wake-on-lan, wake-on-modem atď.).

AT konektor (je zložený z dvoch častí, pri zakladaní vždy čierne GND vodiče k sebe):

AT konektor

farba	kontakt	signál
	P8.1	Power Good
	P8.2	+5 V
	P8.3	+12 V
	P8.4	-12 V
	P8.5	COM (GND)
	P8.6	COM (GND)
	P9.1	COM (GND)
	P9.2	COM (GND)
	P9.3	-5 V
	P9.4	+5 V
	P9.5	+5 V
	P9.6	+5 V

Priemyselné zdroje

Životnosť zdroja je charakterizovaná hodnotou strednej doby do poruchy MTBF (Mean time between failure). Vyššie číslo znamená väčšiu životnosť a tým aj odolnosť zdroja voči poruchám. Vyššie číslo zároveň znamená, že na výrobu zdroja sa použili kvalitnejšie (ale tým aj drahšie) komponenty. Takéto zdroje sa používajú všade tam, kde je potrebné zabezpečiť maximálnu bezpečnosť a bezporuchovosť. Na takéto účely sa používa priemyselný rad zdrojov. Kvalitnejšie komponenty zabezpečujú nepretržitú prevádzku pri maximálnom zaťažení. takéto zdroje majú vylepšené chladenie, prachové filtre, vyberané komponenty odolné voči prehriatiu, čo je najčastejší dôvod poruchy zdroja.

Redundantné zdroje

Redundantne zdvojený zdroj ATX

V miestach, kde je potrebné zabezpečiť 100%-nú spoľahlivosť (serverové systémy, zariadenia na podporu života ...) sa používajú redundantné zdroje. Týmto pojmom označujeme zdroje, ktorých kľúčové časti sú znásobené a väčšinou je možná ich výmena za chodu systému. Je viacero možností zapojenia takýchto zdrojov napr. jeden zdroj beží na 100% a jeho záložné dvojča sa automaticky zapne až pri zlyhaní prvého zdroja, dva zdroje bežia spolu na 2 x 50%, pričom v prípade zlyhania jedného zdroja druhý podáva 100% výkon, tri zdroje bežia na 33%, v prípade zlyhania dva zdroje zabezpečia 100% výkonu. Spoločné majú len pasívne časti, kde je nízka pravdepodobnosť poruchy.

Iné vlastnosti zdrojov

Viaceré zdroje sú vybavené ochranou proti skratu (pri skrate zdroj obmedzí prúd v danej vetve, resp. sa vypne), ochranou proti preťaženiu, ochranou proti prekročeniu medzných hodnôt napätia (prepätie a podpätie, ako na vstupe, tak aj na výstupe), ochrana proti prekročeniu odberu vo vetve, ochranou voči prehriatiu ...

Niektoré zdroje majú odnímateľné vetvy vodičov (aby nevyužité vetvy nezaberali priestor), doplnkové vedenia vzduchu, viazané vodiče (sieťkované) ...

Existujú aj zdroje určené pre dizajnový tuning – priehľadný kryt, svietiace ventilátory, vodiče v upravených vedeniach resp. rúrkach, farebné kryty ...

Falošná reklama

S rozvojom hier sa vyvíjali aj grafické karty spotrebúvajúce čoraz viac energie. Zdroje predtým zanedbávané koncovými užívateľmi sa dostali do popredia a s nimi aj ich parametre. Koncový zákazník je takmer vždy jednostranne fixovaný na jeden kľúčový parameter – pri zdrojoch je to celkový výkon. Výrobcovia vedia, že používatelia kupujú výkonnejšie zdroje a že v skutočnosti nepotrebujú to čo kupujú. Preto im podsúvajú parametre, ktoré chcú vidieť. Bežne sa udáva výkon pri nerealizovateľnej teplote napr. 25C, špičkové prúdové zaťaženie namiesto nominálneho, celkový výkon po prepočítaní prúdového odberu na vetvy, ktoré sa nikdy nemôžu využiť, alebo priamo napíšu inú zatáž než zdroj reálne má. Bežné sú poddimenzované chladiče, kondenzátory bez napäťovej rezervy, chabé odrušovacie cievky... Dobrý zdroj sa dá odhadnúť už podľa svojej váhy.

Problémy

Počítačový zdroj zabezpečuje nároky na energiu pre celý počítač, pre rôzne zariadenia s rôznymi charakteristikami. Problém zo zdrojom sa preto prejavuje širokým spektrom symptómov, ktoré na prvý pohľad so zdrojom nesúvisia. Vstupom pre zdroj je sieťové napätie 230V. Ak dôjde ku fatálnemu zlyhaniu zdroja a vstupné napätie sa dostane do nízkovoltovej výstupnej časti, tak aj počítač spravidla skončí fatálne – kompletnou likvidáciou všetkých komponentov a pripojených prídavných zariadení a periférií. Toto sa môźe stať pri prerazení oddeľovacieho transformátora vplyvom prehriatia, alebo prepätím na vstupe (blesk, zlyhanie elektrorozvodnej siete...).

Najčastejšie symptómy ktoré (pravdepodobne) signalizujú problém so zdrojom:

• Počítač sa nedá zapnúť
• Nestabilita systému
• Nečakané reštartovanie (väčšinou po zahriatí pri tzv. studenom štarte ešte pred načítaním BIOSu alebo pri prehriatí, väčšinou ide o ochrannú funkciu zdroja)
• Zlyhanie počítača pri záťaži
• Zlyhanie počítača pri výmene komponentu za iný, s vyššími energetickými nárokmi
• Mrznutie počítača

V slovenských končinách (podľa praktických skúseností) je najčastejším problémom so zdrojom hlučnosť ventilátora. Zvyčajne je v zdroji použitý menej kvalitný ventilátor s trecími ložiskami (90% zdrojov predávaných u nás), ložisko sa po čase oderie a doska v ložisku začne vibrovať. To spôsobí hluk ale i ďalšie rýchle opotrebenie ložiska a tým ešte väčší hluk. Niekedy tento hluk počas prevádzky dočasne ustane (ložisko sa nahrialo a roztiahlo), ale po vychladnutí sa problém znovu objaví. Je nutná výmena ventilátora .

Druhým najčastejším problémom je zaseknutie ventilátora (opäť menej kvalitné ložisko) a prašné alebo vlhké prostredie. Ventilátor sa prestane otáčať, zdroj sa prehreje a vypne. Ak si užívateľ neuvedomí chybu a stále zapína počítać do takéhoto režimu môže dôjsť ku fatálnemu zlyhaniu zdroja.

Tretím najčastejším problémom je zanesenie zdroja prachom, čím sa obmedzia možnosti pasívnych chladičov v zdroji a dochádza ku prehrievaniu, čím klesá jeho životnosť (trpia hlavne kondenzátory). Preto raz za čas (podľa množstva prachu) je potrebné zdroj vyčistiť. V prípade niektorých nekvalitných zdrojov dochádza k prehrievaniu elektrolytických výstupných kondenzátorov nielen obmedzeným chladením vplyvom nečistôt, ale aj nevhodným návrhom plošného spoja, kde sa v tesnej blízkosti nachádzajú teplo generujúce súčiastky (napr. výkonové rezistory) a na teplo citlivé elektrolytické kondenzátory. V prípade ich zlyhania (prejavia sa navonok prasknutím a nafúknutím obalu) je vo väčšine prípadov možné zdroj opraviť výmenou týchto kondenzátorov za nové a kvalitnejšie.

Zdroj informácií: „ATX12V Power Supply Design Guide Version 2.2“ Intel Corp., marec 2005. Intel a Pentium sú registrované ochranné značky Intel Corporation.