Pogosto zastavljena vprašanja o računalniških napajalnikih

• Friderik Back :: 23. nov 2004

Računalniški napajalnik ni nič drugega kot pretvornik omrežne napetosti v napetosti, ki jih računalnik potrebuje za svoje delovanje. Seveda pa je tu vprašanje kako. Pogled pod pokrov laiku ne pove veliko,

zato je tu zelo poenostavljena blok shema:

* Na sliki je zaradi večje preglednosti narisano, kot da ima napajalnik samo eno izhodno napetost, čeprav jih ima v resnici več.

Iz skice lahko vidimo, da gre omrežna napetost najprej skozi sklop, v katerem so filter proti radijskim motnjam, prenapetostna zaščita in zaščita v primeru okvar.

Filter proti radijskim motnjam duši radijske motnje, ki bi se lahko pojavile v napajalniku, obenem pa ga tudi pomaga varovati pred motnjami iz okolice. Isti namen ima tudi pločevinasto ohišje, ki je Faradeyeva kletka. Čemu taka skrb? Močni impulzi radijskih signalov iz okolice (GSM telefoni, CB in UKV postaje, motorčki, ki iskrijo...) in iz notranjosti računalnika (modemi, diski, grafične kartice...) bi v nasprotnem lahko povzročili nekontrolirano nihanje izhodnih napetosti in nestabilno delovanje napajalnika in s tem celotnega računalnika.

Prenapetostna zaščita, varuje napajalnik pred prenapetostmi iz omrežja, samo žal žaščita ni vsemogočna, zato je bolje med nevihto potegniti napajalni kabel iz računalnika.

Zaščita v primeru okvar napajalnika varuje pred nevarnostjo pregretja in požara.

Taka prečiščena napetost gre v sklop za krmiljenje in stabilizacijo. Tu so vezja, ki merijo izhodne napetosti, obremenitve posameznih napetostnih vej, zaščite v primeru prostega teka, preobremenitve ali kratkega stika. Vsa ta vezja krmilijo primarno (vhodno) stran transformatorja, ki znižuje omrežno napetost v napetosti, ki jih za svoje delovanje zahteva računalnik. Transformatorju sledi usmernik - teh je toliko, kolikor ima napajalnik napetostih vej.

Tu se marsikdo vpraša, čemu je regulacijski del na višjenapetostni strani, saj elektronski elementi delujejo v neugodnih razmerah (visoka napetost). Razlogov je več. Najpomembnejši so visok izkoristek takega napajalnika, njegova majhnost glede na preneseno moč, zelo natančna stabilizacija izhodnih napetosti, velika zanesljivost delovanja in nenazadnje cenenost izdelave.

Za razumevanje odkod te navidez nasprotujoče se trditve je tu zelo poenostavljen opis transformatorja.

Transformator je električna naprava, ki ima vsaj dvoje navitij (na sliki N1 in N2) na jedru iz feromagnetne snovi (snovi, ki dobro prevajajo magnetno polje: železna pločevina, feriti). Če na eno navitje priklopimo izmenično napetost (to navitje se imenuje primarno) se napetost pojavi tudi na drugem (sekundarnem) navitju, čeprav med njima ni električnega stika. Obenem opazimo, da je razmerje napetosti (U) med obema navitjema enako, kot je razmerje navojev obeh navitij, tok v navitjih (I) pa je v obratnem sorazmerju, kar matematično zapišemo tudi takole:

To lahko ponazorimo s primerom:

Če ima primarno navitje 100 ovojev in skozenj pri napetosti 100 V, teče tok 1 A in ima sekundarno navitje 10 ovojev, se na njem pojavi napetost 10 V, tok pa znaša nekaj manj kot 10 A.

Izgube takega prenosa energije so zelo majhne, izkoristek transformatorja pa hitro preseže 90 %. Hkrati opazimo še en pojav: največja moč, ki jo transformator lahko prenaša, je odvisna od njegovih fizičnih mer in frekvence napajalne napetosti. Višja frekvenca - več moči pri isti velikosti, pod pogojem, da feromagnetno jedro zdrži tako visoko frekvenco brez velikh izgub (jedro se ne sme segrevati).

Moč nekega transformatorja je poleg njegovih mer pri direktnem napajanju iz omrežja omejena tudi s frekvenco le-tega, ki znaša 50 Hz (50 sprememb polaritete na sekundo). V primeru, da transformator napajamo preko ustrezne elektronike in stikalnih tranzistorjev (od tu tudi naziv stikalni napajalnik ali ang. switching power supply), je lahko frekvenca napajanja transformatorja večja (običajno nekje od ~30 kHz do ~50 kHz) in transformator, ki bi pri 50 Hz zmogel mogoče 5 W, na tak način lahko zmore nekaj 100 W bremena. Ker za tako visoke frekvence delovanja jedra iz železne pločevine ne zadostujejo več, se v računalniških napajalnikih uporabljajo jedra iz ferita.

Naslednja prednost take izvedbe je visok izkoristek in zelo dobra stabilizacija izhodne napetosti, ne glede na nihanje napajalne napetosti in izhodne obremenitve. Vsa regulacija se dogaja na višjenapetostni strani, kjer so tokovi majhni, kar prinese majhne izgube, visoka frekvenca delovanja pa prinaša še hitro delovanje stabilizcije izhodne napetosti.

Nizkonapetostni usmernik

Nizkonapetostni usmerniki so večinoma sestavljeni tako kot je narisano na sliki

Usmerniška dioda, dušilka in dva kondenzatorja. Štirje elementi in to je vse. Čeprav so tu tokovne obremenive zelo velike, lahko tudi nekaj 10 A, ravno ta enostavnost omogoča zanesljivo delovanje. Dušilka in kondenzatorja so shrambe za presežeke električne energije, ki dodatno skrbijo za čimmanjša nihanja izhodnih napetosti. Ker transformator dela z visoko frekvenco, ni potrebe za velike dušilke in kondenzatorje, kot bi bilo to v primeru napajanja z omrežno napetostjo, ki ima nizko frekvenco (le 50 Hz).

Vrste napajalnikov za PC računalnike

Prvi so bili napajalniki za XT in AT matične plošče. Pri teh napajalnikih je vklop in izklop napajalnika in posledično celega računalnika izveden s stikalom, ki vklopi mrežno napetost, ki je potrebna za delovanje celotnega sistema. Pri teh napajalnikih ni možnosti, da bi operacijski sistem upravljal s porabo računalnika in vršil vklop in izklop preko zunanjih naprav (tipkovnica, modem, LAN). XT napajalniki se razen po obliki ločijo od AT napajalnikov še po tem, da nimajo konektorja za priklop 3,5" enot.

Napajalniki ATX so danes v večini. Omogojajo vse bonbončke, ki jih AT in XT napajalniki nimajo. Preko operacijskega sistema omogočajo vklop in izklop računalnika, računalnik lahko postavijo v stanje pripravljenosti, kjer porabi zelo malo električne energije in je po ponovnem vklopu zelo hitro pripravljen na nadaljevanje dela. To jim omogoča dodaten napajalnik, ki daje napetost 5 V stand by (5 V SB). Ta napetost je prisotna ves čas, ko je napajalnik priklopljen na omrežno napetost. S to napetostjo so napajane komponente na matični plošči, ki skrbijo za vklop in izklop celotnega računalnika preko tipke na ohišju računalnika. Z nastavitvami v BIOSu matične plošče pa je omogočen tudi vklop preko tipkovnice, miške, mrežnih kartic in/ali modema.

Tu je na mestu opozorilo: prvi ATX napajalniki imajo vejo 5 V SB zelo šibko, le 0,1 A, in so za današnje računalnike neuporabni. Mrežna kartica ali vgrajeni modem zahtevata vsak po 0,5 A.

Nevarnosti in česa z napajalniki ne počnemo

Nalepke z opozorili: ne odpiraj, visoka napetost, smrtno nevarno, niso na napajalnikih zato, ker zanimivo izgledajo. Vsi ti napisi so mišljeni smrtno resno.

Če nimate tehtnega razloga za odpiranje napajalnika, potem tega ne počnite!

V notranjosti napajalnika so napetosti na nekaterih mestih do 500 V, kar je desetkrat večja napetost, kot je meja za smrtno nevarno napetost (50 V)! Tipanje komponent v škatli napajalnika, ko je napajalnik priklopljen na omrežno napetost, je elektrificirana verzija ruske rulete...

Kadar je iz nekega razloga potrebno odpreti napajalnik ali kaj šariti po računalniku, moramo najprej izklopiti napajalnik iz električnega omrežja tako, da se izpuli omrežni kabel; samo izklop stikala nikakor ni dovolj! Po izklopu moramo z odpiranjem napajalnika počakati vsaj minuto, da se kondenzatorji v njem izpraznijo. Potem je delo, kar se tiče nevarnosti električnega udarca, varno.

Vsak napajalnik ima vgrajeno taljivo varovalko. Če varovalka pregori je v nobenem primeru ne krpajte ali prevezujte z žico. Tako početje pomeni zelo veliko možnost požara in/ali poškodbe električne inštalacije ali računalnika. Če menjate varovalko, mora biti nova iste velikosti, grajena za isto napetost in najpomembnejše, biti mora za isto tokovno jakost. Primer: če ima pokvarjena varovalka oznake F 6,3A/250 V, mora imeti nova varovalka točno take oznake. Varčevanje tu nikakor ni na mestu, ker nova varovalka stane nekaj 10 SIT, kar je nič proti škodi, ki lahko nastane ob prevezani varovalki.

Če je ventilatorček v napajalniku iztrošen ali se celo ne vrti več, ga zamenjate! Napajalnik v današnjih PC računalnikih mora biti obvezno prisilno hlajen, saj se v nasprotnem primeru pregreva, kar v skrajnem primeru lahko pripelje celo do požara, še mnogo prej pa do nestabilnega delovanja računalnika in do okvar komponent, najpogosteje diskov.

Navkljub temu, da imajo napajalniki zaščito pred kratkim stikom, ne delajte kratkih stikov! Vseeno lahko pride do uničenja komponent (največkrat diski in RAM) zaradi napetostnih nihanj v trenutku kratkega stika!

Napajalnik, kot vse električne naprave, ne mara vode. Nihče pri zdravi pameti ne zliva vode po napravah, ki so pod električnim tokom, vendar obstaja druga možnost. Če se računalnik prenese iz hladnega prostora v topel prostor, v računalniku kondenzira vlaga iz zraka, te kapljice pa lahko povzročijo kratke stike in uničenje celotnega računalnika v primeru priklopa na električno omrežje. Če se računalnik zarosi ali celo zmoči, je potrebno počakati, da se posuši (vsaj 2 h), vsako priklapljanje na električno omrežje, dokler naprava ni suha, je lahko usodno.

Prah je tihi uničevalec elektronike. Nabiranje prahu povzroča slabše hlajenje, obenem pa prah nase privlači vlago in je lahko tudi električno prevoden (npr. ogljeni prah, ki nastane pri kurjenju s premogom) kar vse lahko povzroči okvare, kratke stike, v skrajnem primeru celo požar. Iz vseh teh razlogov je potrebno občasno spihati prah iz notranjosti računalnika in seveda napajalnika. Poleg že vseh naštetih opozoril je takrat treba upoštevati tudi, da se ne sme pretiravati s pritiskom zraka iz kompresorja (3 - 4 bare večinoma povsem zadostuje) in drugič: treba je preprečiti, da bi se ventilatorji vrteli s tem zračnim tokom, ker bi presegli maksimalne dovoljene vrtljaje in se pokvarili.

Nekateri napajalniki imajo na ohišju majhno stikalo za izbor napetosti omrežja (127/230 V). Premik stikala na 127 V in potem priklop na električno omrežje se konča s takojšnjim uničenjem napajalnika in mogoče še česa...
Ker se tak (nenameren) premik stikala lahko zgodi pri premikanju ali prestavljanju računalnika, se ta neprijetna možnost preprosto odpravi tako, da se s sekundnim lepilom stikalo zalepi v pravilnem položaju (230 V), tako da nadaljni premiki niso več možni.

Kdor je ob branju teh vrstic prišel na kakšno "genialno" idejo, kako do neupravičene garancije in novih komponent, lahko povem, da so okvare povzročene na tak način zelo očitne in računalniški servisi ne padajo na take "finte".

Triki & naveti

1.) Označevanje vodnikov iz napajalnika z barvami in čemu se v PC-ju uporablja posamezna napetost.

To označevanje z barvami ni standarnizirano in včasih so uporabljene tudi druge barve vodnikov, zato se je o tem najbolje prepričati, kaj je o tem proizvajalec napisal na sam napajalnik!

• Rdeča: +5 V (za CPU, RAM, HDD, FDD, optične enote, ISA, PCI in AGP kartice.
• Rumena: +12 V (za CPU (novejše plošče), RAM, HDD, optične enote, ISA, PCI in AGP kartice).
• Bela: -5 V (nekatere ISA kartice)*.
• Modra: -12 V (COM porti).
• Oranžna: +3,3 V (RAM).
• Vijolčna :+5 V SB (stand by).
• Črna :0 V (masa).
• Zelena PS-ON (vklop napajalnika, glej nasvet št. 2).
• Siva:Power good**.

* Napetost -5 V se je uporabljalo samo na nekaterih ISA karticah in je zato nekateri današnji napajalniki nimajo več. Če vaša matična plošča nima več ISA vodil, potem te napetosti ne potrebujete, računalnik dela povsem normalno brez nje, le senzorji za -5 V napetost bodo kazali 0 V.

** Linija Power Good ni namenjena za vklop ATX napajalnika, kot je napačno navedeno na nekaterih internetnih straneh, ampak je njen namen "držati" matično ploščo v stanju reseta, dokler izhodne napetosti po vklopu ne dosežejo nazivnih vrednosti. V nasprotnem bi računalnik po vsakem vklopu "zmrznil" in bi bilo pri vsakem potrebno vklopu pritisniti reset tipko, da bi računalnik sploh začel delati.

2.) Kako vlopiti ATX napajalnik, ne da bi bil priklopljen na matično ploščo?

Potrebno je spojiti med seboj zelen vodnik (PS-ON) in enega od črnih. Dokler sta vodnika povezana, napajalnik dela.

3.) Povezal sem kot piše v prejšnjem nasvetu, pa se samo malo zgane ventilator in to je vse. Kaj je narobe?

Računalniški napajalniki imajo vgrajeno zaščito, ki izklopi napajalnik, če le ta ni obremenjen. Rešitev problema je vezati žični upor 5,1 Ω (ohm) 7,5 W na 5 V linijo. Upor je potrebno uporabiti tudi v primeru, če se v napajalniku uporablja samo 12 V veja, ker je v nasprotnem primeru napetost 12 V veje le okoli 10 V in tudi napajalnik ne daje od sebe polne moči.

4.) Zmanjšanje hrupa

Velik problem mnogih napajalnikov je hrup, ki ga povzročajo. Često tudi menjava ventilatorja ne zmanjša hrupa. Možnosti so:

• Odrezati pločevinasto rešetko na zadnji strani ventilatorja (podrobnejši opis v tem članku)
  
• Zmanjšati napetost napajanja ventilatorja na 7 V (kako do te napetosti v nasvetu št. 5)

5.) Še več različnih napetosti iz napajalnika

Vse izhodne napetosti napajalnikov so merjene proti masi (GND). Možne so tudi kombinacije med posameznimi napetostnimi vejami, točneje gre za razliko napetosti med njimi.

Primeri:

+12 - (+5 V) = +7 V

ali

+12 - (+3,3 V) = +8,7 V

Na ta način dobimo med vejama +12 in +5 V razliko 7 V ali 8,3 V med +12 in +3,3 V, kar je primerno za priklop ventilatorjev, ki so preglasni na 12 V, na 5 V pa nimajo več učinka ali sploh ne delajo več.

Možne so tudi druge kombinacije od 1,7 V (med 3,3 in 5 V vejo do 24 V, med +12 in -12 V, vendar je v praksi edina uporabna le prva kombinacija med 12 in 5 V, ostale so bodisi prešibke (vse kombinacije, ki uporabljajo eno od negativnih vej) ali pa je napetostna veja težko dostopna, kot je v primeru 3,3 V veje, ki je dosegljiva samo na ATX konektorju.

Morebitni kratki stiki med različnimi napetostnimi vejami so izredno škodljivi za vse računalniške komponente!

6.) Kako močan napajalnik rabim za svoj računalnik?

300 do 350 W je za današnji namizni PC dovolj in preveč. Problem je v tem, ker je danes na trgu mnogo nekvalitetnih napajalnikov s prenapihnjenimi podatki o zmogljivosti in ravno tu se potem pojavijo problemi s stabilnostjo sistema. Če ste opazili, da so se nihanja napetosti v vašem računalniku povečala ali pa se je začel računalnik ponovno zaganjati in zmrzovati brez očitnega razloga, je to lahko znak slabega napajalnika.

7.) Kakšni so znaki prešibkega napajalnika ?

Najbolj očitni znaki, velikokrat se začnejo pojavljati ob mejavi ali dodajanju novih komponent:

• Pregrevanje napajalnika (ne zamenjevati s težavami pri neprevetrenem ohišju).
• resetiranje in zmrzovanje računalnika ob zahtevnih opravilih in igrah (pozor: tu gre lahko za nesrečno kombinacijo gonilnikov).
• Prenizke napetosti ali velika nihanja napetosti (dovoljena odstopanja napetosti v PC so +- 5%), v primeru dileme je potrebno napetosti prekontrolirati z voltmetrom.
• Nezmožnost uspešnega vklopa v prvem poskusu in je potrebno pritisniti reset tipko, da računalnik sploh začne delati.

Vse to pa lahko pripelje do:

• Resetiranje in zmrzovanje računalnika, brez očitnega razloga.
• Težave s poškodovanimi podatki na diskih, čeprav ni virusov in drugih škodljivcev.
• Odpovedi diskov in ostalih komponent.

8.) Zakaj napetosti napajalnikov nihajo ?

Majhna nihanja izhodnih napetosti (do 1%) so prisotna pri vseh napajalnikih, drugi še pomembnejši faktor pa so sami senzorji na matični plošči, ki niso kakšen biser natančne merilne tehnike, obenem pa je pomembno, kje merijo napetost.

Največji tokovi, ki jih današnje matične plošče "potegnejo" iz napajalnikov, so lahko tudi več 10 A. Pri tako velikih tokovih pa vsaka upornost vodnikov, kontaktov in samega tiskanega vezja pomeni določen padec napetosti.

Že relativno majhna skupna upornost 0,1 Ω pri toku 10 A, povzroči padec 1 V, kar je ogromno.

Ker pa se obremenitve ves čas spreminjajo, se spreminjajo tudi napetosti, ki jih merijo senzorji, še posebej v primeru, če je senzor na matični plošči meri na takem delu, kjer so velika tokovna nihanja.

Če ste opazili, da je so se nihanja napetosti v vašem računalniku povečala, je to lahko znak slabega stika ATX konektorjev na matično ploščo, kar lahko pripelje do pregrevanja, topljenja in uničenja konektorjev, druga možnost pa so slabi kondenzatorji v napajalniku ali na matični plošči in jih bo potrebno zamenjati. Če ste v dilemi kje, kako, zakaj itd., vabljeni v naš oddelek Elektrotehnika in elektronika, kjer vam bomo poskusili pomagati.

9.) Na mojem napajalniku piše:

5 V ... 30 A
3.3 V...14 A
...

spodaj pa:

(+5 V & +3.3 V total output 160 W)

kaj to pomeni, saj izračun moči za ti dve veji pokaže skupni rezultat 196 W?

Pri večini napajalnikov, razen pri najdražjih modelih, je usmernik za +3.3 V napajan iz istega navitja na transformatorju kot usmernik za +5 V in je zaradi tega skupna moč teh dveh vej omejena z največjo močjo, ki jo zdrži navitje in to je v tem primeru 160 W. Zaradi tega podatka ni potrebno preveč skrbeti, današnji napajalniki zlahka pokrijejo porabo +5 V in +3,3 V linije.
Seveda ne velja zanemariti dejstva, da renomirani proizvajalci običajno ne pretiravajo pri podatkih o zmogljivostih napajalnika, čeprav se tudi tu najdejo črne ovce. Če ste v dilemi vprašajte na naš forum.

10.) Kakšna je razlika med napajalnikom za 5.000 SIT in takim, ki je desetkrat dražji, ali se samo (pre)plača ime?

Dražji napajalniki omogočajo nekaj dobrot, ki jih njihovi cenejši bratje nimajo, kot naprimer: ročno nastavljanje izhodnih napetosti, meritve temperature in števila vrtljajev ventilatorja, najpomembnejša prednost pa je v tem, da uporabljajo ločene napajalnike -- za vsako napetostno vejo svojega. To pomeni, da so v enem ohišju trije povsem ločeni napajalniki in so vplivi nihanj izhodnih napetosti ene veje na drugo zanemarljivi, kar se izkaže za priročno pri ekstremnem navijanju, drugače pa, naj se sliši še tako dobro, niti ne.

Druga možnost v vrhu ponudbe napajalnikov je pasivno hlajenje, ki ga omogočajo s pomočjo tehnologije toplotnih cevi (heat pipes), vendar taki sistemi (ohišje in napajalnik) močno presegajo cene najcenejših novih PC sistemov na trgu.

11.) Sem bolj suh pri denarju, rabim napajalnik in v trgovini mi ponujajo dva različna noname napajalca iste moči in iste cene, katerega naj vzamem?

V tem primeru je bolje vzeti takega,

• ki je težji (večja verjetnost, da je proizvajalec manj skoparil pri komponentah),
• ki ima debelejše kable (manj padca napetosti na samih vodnikih),
• ima več priključkov (teh ni nikoli preveč),

Slike konektorjev

Pri tem konektorju bodite še posebaj pozorni, saj je na ploščo potrebno priklopiti oba, in to tako, da so črne žice obeh konektorjev skupaj, v nasprotnem primeru računalnik ne dela ali pa se lahko celo uniči matična plošča.

Vsi napajalni konektorji za PC računalnike so narejeni tako, da jih je brez posebne sile mogoče priklopiti samo na en način. Če nekega konektorja ni možno priklopiti brez uporabe velike sile, preverite, ali je konektor pravilno obrnjen in namenjen za priklop te naprave.

Za vse tiste, ki jih zanimajo tehnične podrobnosti o najrazličnejših računalniških in drugih konektorjih, je tukaj povezava do internetne strani Hardwarebook. Vse tam objavljane dokumente pa je elegantno moč prenesti tudi na računalnik.

Zaključek

Če v tem članku niste našli odgovora na vprašanja, ki se vam porajajo, ste vljudno vabljeni na naš forum, kjer boste našli odgovore na premnoga vprašanja, če pa odgovora vseeno ne najdete, pa kar pogumno vprašajte.