Napájací zdroj (anglicky Power Supply Unit alebo PSU) je jednou z najdôležitejších, no často podceňovaných komponentov počítača. Slúži ako „srdce“ systému, ktoré dodáva energiu všetkým ostatným častiam.
Funkcia napájacieho zdroja
Hlavnou úlohou zdroja je transformácia striedavého napätia (AC) zo zásuvky (v našich podmienkach 230 V) na stabilné jednosmerné napätie (DC), ktoré využívajú komponenty PC. Moderné zdroje využívajú princíp spínaného režimu (SMPS), čo im umožňuje dosahovať vysokú účinnosť pri malých rozmeroch.
Zdroj dodáva energiu cez rôzne vetvy s rôznym napätím:
- +3,3 V a +5 V: Pre základnú dosku, pamäte RAM a niektoré nízkonapäťové obvody.
- +12 V: Najdôležitejšia vetva, ktorá napája procesor (CPU) a grafickú kartu (GPU). Práve výkon na tejto vetve určuje celkovú kvalitu zdroja pre moderné herné PC.
Princíp činnosti a bloková schéma
Proces transformácie energie prebieha v niekoľkých kľúčových blokoch:
- Vysokonapäťová časť (červená/modrá): Vstup 230 V zo siete, jeho filtrovanie a usmernenie na cca 325 V DC.
- EMI Filter: Potláča elektromagnetické rušenie.
Plní v zásade dve funkcie:
a) Ochrana okolia (potlačenie rušenia smerom von) Moderné spínané zdroje (SMPS) pracujú na princípe veľmi rýchleho zapínania a vypínania tranzistorov (frekvencie v desiatkach až stovkách kHz). Toto rýchle spínanie vytvára silné elektromagnetické rušenie. Bez filtra by sa toto rušenie šírilo po napájacích kábloch späť do elektrickej siete. Dôsledok: Mohlo by to spôsobiť bzučanie v reproduktoroch, výpadky Wi-Fi signálu, rušenie rádiového príjmu alebo chyby v iných zariadeniach zapojených v tej istej zásuvke.
b) Ochrana počítača (filtrácia smerom dnu). Elektrická sieť nie je "čistá". Obsahuje špičky, impulzy a vysokofrekvenčný šum od iných zariadení (vysávače, výťahy, priemyselné stroje). Bez filtra: Tieto špičky by prenikli hlboko do zdroja k citlivej riadiacej elektronike. Dôsledok: Nestabilita systému, náhodné reštarty alebo predčasné "starnutie" a poškodenie kondenzátorov na sekundárnej strane zdroja. - Usmerňovač: Ako prvé usmerníme sieťové napätie a vyfiltrujeme veľkým kondenzátorom.
Dostaneme tak jednosmerné napätie o veľkosti:
Pozor tento kondenzátor zostane nabitý na životu nebezpečnú hodnotu napätia aj niekoľko týždňov potom čo zdroj odpojíte od elektrickej siete.Otvárať a opravovať sieťové zdroje môžu len kvalifikované osoby ktoré majú oprávnenie pre prácu na zariadeniach nízkeho napätia. Okrem toho sú potrebné podrobné znalosti obvodov, veľké skúsenosti a aj príslušné technické vybavenie. - PFC (Power Factor Correction): Korekcia účinníka (aktívna alebo pasívna). Zabezpečuje efektívny odber prúdu. Spínaný zdroj je z pohľadu siete kapacitná záťaž. Prúd zo siete je odoberaný len krátky okamih, v dobe kedy je napätie siete vyššie ako je napätie na kondenzátore. To spôsobuje že priebeh prúdu je neharmonický. Obe veci sa energetikom nepáčia a preto sa sleduje parameter s názvom účinník (cos φ). Ten je v prípade harmonickej odporovej záťaže rovný 1. Veľký odberatielia musia mať učínník v rozmedzí 0,95 až 1. V prípade že je mimo toleranciu tak platia pokuty. Malých odberateľov sa to netýka. Tam sa to rieši tak, že v podstate by ste dnes už zdroj bez PFC nemali mať možnosť od určitej hodnoty výkonu kúpiť.
- Spínací tranzistor a jeho riadiace obvody: Pomocou usmernenia v predchádzajúcom bloku sme získali pomerne vysoké jednosmerné napätie. Aby sme toto napätie mohli transformovať na nízke napätia potrebné pre prácu osobného počítača potrebujeme striedavé napätie. Toto potom transformátorom transformujeme smerom nadol na potrebné napätia. Rozdiel ale bude vo frekvencii tohoto nového striedavého napätia. Frekvencia bude desiatky až stovky kilohertzov. Spínací tranzistor je riadený spätnou väzbou podľa odberu a tak na výstupe nepotrebujeme ani stabilizátor napätia. Výsledkom je vysoká účinnosť zdroja ktorá v minulosti bola u klasických sieťových zdrojov nedosiahnuteľná. Toto je najnamáhanejšia súčiastka zdroja a jej zničenie je najčastejšou príčinou poruchy zdroja. Nemá rada zapínanie (veľký prúdový náraz) a ani rýchle vypnute a znova zapnutie.
- Vysokofrekvenčný transformátor(žltá): Kľúčový prvok, ktorý galvanicky oddeľuje vstup od výstupu a znižuje napätie. Vďaka použitej vysokej frekvencii je jeho veľkosť desatina veľkosti klasických sieťových transformátorov pracujúcich na frekvencii 50Hz.
- Výstupná časť(zelená): V prípade moderných zdrojov sa získané nízke napätie usmeruje a ďalej sa z hlavnej +12V vetvy vyrábajú napätia +5V a +3,3V pomocou meničov. Staršie zdroje to mali trochu inak. Transformátor mal niekoľko vinutí a každé vytváralo požadované napätie. Toto riešenie malo tú nevýhodu že spätná väzba regulovala spínanie zdroja iba podľa jedného napätia. To znamená že ak neboli ostatné vetvy zaťažené nominálnimi hodnotami tak sa napätie mohlo odchýliť od presnej požadvanej hodnoty. Najhoršie to bolo ak nietoré vetvy neboli zaťažené vôbec.
Kľúčové parametre
Výkon (Watt)
Udáva celkovú kapacitu zdroja. Pre kancelárske PC stačí 100 – 400 W, pre herné zostavy sa odporúča 600 – 850 W a pre extrémne pracovné stanice 1000 W a viac.
Účinnosť zdroja (80 PLUS)
Účinnosť hovorí o tom, koľko energie zo zásuvky sa skutočne premení na elektrinu pre PC a koľko sa „stratí“ vo forme tepla. Štandard 80 PLUS zaručuje účinnosť aspoň 80 %.
- 80 PLUS Bronze: Základ pre bežné domáce PC.
- 80 PLUS Gold: Zlatý štandard pre herné PC (vysoká efektivita, nižšie účty za elektrinu).
- 80 PLUS Platinum / Titanium: Pre najnáročnejšie systémy a servery.
| Certifikácia | 20% záťaž | 50% záťaž | 100% záťaž |
|---|---|---|---|
| 80 PLUS Bronze | 85% | 88% | 85% |
| 80 PLUS Gold | 90% | 92% | 89% |
| 80 PLUS Titanium | 94% | 96% | 94% |
Formát (Rozmery)
- ATX: Štandardná veľkosť pre väčšinu skríň.
- SFX: Zmenšený formát pre kompaktné Mini-ITX zostavy.
Konektivita (Kabeláž)
Zdroje sa podľa správy káblov delia na tri typy:
- Nemodulárne: Všetky káble sú pevne pripojené (ťažší cable management).
- Semi-modulárne: Hlavné káble (pre dosku a CPU) sú pevné, ostatné sa dajú odpojiť.
- Plne modulárne: Všetky káble sú odpojiteľné, čo umožňuje čistý vzhľad vnútra
PC.
Ochranné systémy
Kvalitný zdroj musí obsahovať ochrany, ktoré zabránia zničeniu komponentov pri poruche:
- OVP (Over Voltage Protection): Ochrana proti prepätiu.
- SCP (Short Circuit Protection): Ochrana proti skratu.
- OPP (Over Power Protection): Ochrana proti preťaženiu.
- OTP (Over Temperature Protection): Ochrana proti prehriatiu.
Kvalitatívne ukazovatele
- Ripple (Zvlnenie): Odchýlka napätia v milivoltoch (mV). Kvalitné zdroje majú zvlnenie na 12V vetve pod 50mV.
- Hold-up Time: Čas (aspoň 16ms), počas ktorého zdroj udrží napájanie pri krátkom výpadku siete.
- MTBF: Stredná doba medzi poruchami, indikujúca kvalitu súčiastok (napr. japonské kondenzátory).
Nový štandard ATX 3.0 / 3.1
Tento štandard bol vyvinutý pre moderné GPU. Zavádza konektor 12VHPWR (PCIe 5.0), ktorý dokáže preniesť až 600W jedným káblom a lepšie zvláda krátkodobé odberové špičky (až 200% výkonu).
Chladenie
- Aktívne: Ventilátor beží stále.
- Semi-pasívne: Ventilátor stojí, kým záťaž neprekročí určitú hranicu (napr. 40%).
- Pasívne: Úplne bez ventilátora (špeciálne konštrukcie).
Príklad malého lacného zdroja SFX formátu FSP Fortron SFX PRO 450W