Účinnosť napájania počítača
Mnoho nových napájacích zdrojov pre PC sa zdobí s rozmermi 80 + x Logá.
- Koľko to však v skutočnosti prináša?
- A aké zlé je moje staré napájanie, ktoré neobsahuje žiadne informácie o účinnosti, ktorú teraz dosahuje?
- A koľko vlastne môj počítač potrebuje?
Všeobecné
Pri téme 80+ je dôležité povedať, že Účinnosť väčších zdrojov energie i.a. z dôvodu princípu lepšie než malé napájacie zdroje. - Počkajte, aký stupeň účinnosti? - Ten na rovnakom počítači? - Nie!
Samozrejme, výkonnejšia jednotka napájania má iba vyššiu účinnosť s príslušne vyššou záťažou. To nehovorí nič o účinnosti pri určitom zaťažení. Skôr naopak. O rovnaké zaťaženie má menšie napájanie zvyčajne s podobnou účinnosťou lepšia účinnosť.
Kalkulačka efektívnosti
| menovitá kapacita | W. | |
| 1. merací bod | % Zaťaženie = W | Účinnosť % = Spotreba W |
| 2. merací bod | % Zaťaženie = W | Účinnosť % = Spotreba W |
| 3. merací bod | % Zaťaženie = W | Účinnosť % = Spotreba W |
| vlastná spotreba | W. | |
| Lineárna účinnosť | % | |
| Ohmické straty | 1/kW | |
| predpoveď | % Zaťaženia = W. | Účinnosť% = spotreba W. |
Manuálny: Zadajte charakteristiky vášho napájacieho zdroja do polí menovitý výkon a účinnosť pre merací bod 1 až 3. Nájdete ich v certifikácii 80+ alebo v údajovom liste napájacieho zdroja. Teraz pri plánovaní zadajte očakávanú spotrebu počítača. Potom sa odhaduje účinnosť napájacej jednotky pre váš počítač.
Nebezpečenstvo: Výpočet nezohľadňuje rozloženie zaťaženia na rôznych prípojniciach. Ak sa distribúcia výrazne líši od nominálneho rozloženia zaťaženia napájacej jednotky, budú hodnoty veľmi nepresné. Skutočná účinnosť sa zvyčajne zhoršuje.
Závislosť účinnosti od zaťaženia
Pre všetkých nad 80 rokov Účinnosť napájacia jednotka bez nákladu je vždy 0%. Je to tiež logické, pretože nič nevychádza a každá napájacia jednotka má svoju vlastnú spotrebu.
Ak vezmete do úvahy fyzikálne základy, účinnosť spínaného napájacieho zdroja je v použiteľnej aproximácii zlomkovým racionálnym polynómom 2. rádu:
η = l/(a l 2 + b l + c) s η = účinnosť, l = relatívne zaťaženie a, b, c = konštrukčné konštanty napájacej jednotky.
Čísla pre môžu byť voliteľne použité všetky v percentách alebo tiež v absolútnych číslach. Výsledok vzorca účinnosti je potom v tej istej jednotke. Hodnoty a jednotky koeficientov a, b a c sa však menia.
c predstavuje vlastnú spotrebu (v jednotkách plného zaťaženia), b lineárne straty a kvadratické (ohmické) straty.
To potom dáva krivku, ktorá začína na nule a prudko stúpa s maximom v strede a miernym poklesom smerom k plnej záťaži. Pozri príklad.
Údajové listy
Dátové listy pre napájacie zdroje zvyčajne neposkytujú podrobné informácie o energetickej účinnosti, najmä pri malých zaťaženiach. Naopak, sú tu nejaké totálne svinstvá. Napr. Krivky ľubovoľne nakreslené marketingovým oddelením vo farebných diagramoch, ktoré nie sú v mierke (napr. Na Enermaxe).
Ale s certifikáciou 80+ sú minimálne 3 namerané hodnoty povinné. A z týchto hodnôt môžete pomerne presne vypočítať krivku účinnosti, ak ako základ použijete uvedený vzorec.
Účinnosť (η1, η2, η3) sa udáva pre tri rôzne podiely zaťaženia (l1, l2, l3). Potom vzniknú konštanty a, b, c nasledovne:
Teraz môžete vypočítať krivku.
Príklad Enermax PRO 82+ pri 230 V str
| 1 | l1 = 20% | η1 = 84% |
| 2 | l2 = 50% | η2 = 88% |
| 3 | l3 = 100% | η3 = 86% |
a = 0,111 = 0,0000111 [1 /% 2]
b = 1,02 = 0,0102 [1 /%]
c = 0,029
Okamžite tu vidíte, že takýto zdroj napájania nevyzerá dobre pri malom (nečinnom) zaťažení. Zoberme si typický, jednoduché PC s palubnou grafikou, ktorá obracia palce. Možno to potrebuje so záznamom 30 W. Pokiaľ teraz používam napájací zdroj s menovitou záťažou 400W, je tento vyťažený iba na 7,5%. Vo vyššie uvedenom príklade to napriek skutočne dobrému napájaniu sotva stačí 70% účinnosť!: -O
To by možno urobil aj 150W model napájania Alt-PC. Ale skôr ako každý dokáže kanibalizovať staré počítače: musíte sa ubezpečiť, že staré zdroje napájania môžu dodávať dostatok energie na koľajisku + 12V, pretože staršie počítače boli napájané väčšinou z napätí + 5 V a + 3,3 V.
presnosť
Konská noha v celom príbehu spočíva v tom, že celý tento výpočet je primerane presný iba pre jeden spínaný zdroj. Napájací zdroj pre PC sa skladá z pol tucta napájacích zdrojov pre rôzne napätia, ktoré sú viac-menej vzájomne prepojené. Stručne povedané, je rozdiel, či čerpáte rovnaký výkon pri 3,3 V alebo 12V. Ako základné pravidlo môžete povedať: účinnosť pri vyšších výstupných napätiach je vždy lepšia ako tie nižšie. To je tiež jeden z dôvodov, prečo sú moderné napájacie zdroje efektívnejšie ako staré modely. Skôr bola súčasná únosnosť pri nízkom napätí úmerne vyššia.
Merajte účinnosť
Na určenie účinnosti napájacej jednotky potrebujete: zaznamenané a the odovzdaná moc. Posledne menované je možné použiť s komerčnými Merač spotreby energiezajať. (Ale buďte opatrní, v obehu sú rôzne hračky pre deti, ktoré nevykazujú žiadne užitočné hodnoty. Preto sa o prístroji informujte vopred.)
Aby ste mohli zaznamenávať výstup, musíte si nasadiť uši. Za cenu vhodného jednosmerného ampérmetra na jednosmerný prúd môže byť počítač po celú dobu jeho životnosti napájaný z ľubovoľného zdroja napájania. Plán B je ponoriť sa hlbšie do vrecka trikov.
Tu zobrazený postup je samozrejme vhodný aj na meranie maximálnej spotreby kombinácie a zodpovedajúce navrhnutie napájacieho zdroja. Ale buďte opatrní, dosiahnuť maximálnu spotrebu počítača nie je úplne maličké. Staré klasiky ako Prime95 možno používajú CPU na polovicu, ale ani grafickú kartu, ani disky.
Nepriame meranie prúdu
Pozor: ak chcete vykonať toto meranie, musíte vedieť, čo je prúd, kde môžete a kde nie. Napájací zdroj musí byť prevádzkovaný v otvorenom stave! Existuje nebezpečenstvo pre život.
Aby ste mohli určiť výstupný výkon napájacej jednotky, potrebujete spotrebu energie na každej z jej napájacích koľajníc. Aby bolo možné merať priamo pomocou multimetra, bolo by potrebné prerušiť vedenie a prúdiť cez meracie zariadenie. Je to časovo náročné a riskantné, pretože pri uvoľnenom kontakte môžu byť komponenty počítača zničené. Z tohto dôvodu tu uvádzam inú metódu, ktorá nevyžaduje žiadne úpravy káblových pripojení.
Zmerajte pokles napätia
Princíp je jednoduchý. Meria sa pokles napätia generovaný záťažovým prúdom na spojovacích kábloch k napájaciemu zdroju. Potrebujete Milivoltmeter. Vhodné je aj množstvo jednoduchých digitálnych multimetrov s rozlíšením 0,1 mV v najmenšom rozsahu merania jednosmerného napätia, aj keď veci sú o niečo menej presné. Ak si trochu zacvičíte, môžete pred ňu zavesiť aj jednoduchý prístrojový zosilňovač, napríklad pomocou INA106.
Ak chcete merať pokles napätia, musíte otvoriť napájaciu jednotku a umiestniť meracie hroty priamo na miesto pôvodu odchádzajúcich napájacích káblov v napájacej jednotke. V závislosti od typu napájacieho zdroja môže byť potrebné demontovať dosku s plošnými spojmi a napájací zdroj prevádzkovať úplne demontovaný. Potom môžete zmerať na ľahko prístupných spájkovacích bodoch na spodnej strane.
A na druhej strane použiť cieľové body, napríklad v zástrčkách. Prechodový odpor rôznych kolíkov sa však môže meniť pri viacerých paralelne zapojených líniách rovnakej farby. Preto je presnejšie ovládať základnú dosku v demontovanom stave a používať spájkovacie body na spodnej strane.
Celá vec musí samozrejme byť pre každého používajte zástrčku napájacieho zdroja a všetko používa sa to Prípojnice vykonať. V praxi sa človek obmedzí na to podstatné. Čierne uzemňovacie vedenia teda vôbec nepotrebujete, na konektore ATX meriate raz na +3,3 V (oranžová), raz na + 5V (červená) a raz na + 12V (žltá), zvyšok sa aj tak nedá zmerať týmto spôsobom . A pokiaľ ide o periférie, vynakladá sa všetko, čo nie je úplne nevyhnutné, bez toho, aby ste ich veľa spotrebovali (napr. CD-ROM). U niektorých dosiek musíte tiež strážiť pohotovostné napájanie + 5 VSB (fialové).
Zmerajte odpor vedenia
Ak poznáte pokles napätia pri zaťažení, potom na zistenie prúdu podľa Ohmovho zákona potrebujete iba odpor spojenia. To je možné dosiahnuť opätovným vykonaním rovnakého merania pri súčasnom vysielaní známeho prúdu rovnakou linkou s vypnutým a odpojeným počítačom od siete. Rozhodujúce je vždy merať v presne rovnakých bodoch ako predtým a medzitým nerozpojovať konektory.
Odkiaľ získať známy prúd?
Najjednoduchším zdrojom je starý napájací zdroj pre počítač a veľký keramický odpor od 8 do 15 Ω. Rezistor je zapojený do série na + 12V, čo vedie k prúdu približne 1A. Pozor, rezistor horí okolo 10W. Najskôr to musí vydržať a po druhé sa časom prehreje. Takže držte prsty v určitej vzdialenosti.
Kto samozrejme vlastní laboratórne napájanie, môže tiež použiť tento zdroj. Znížte výstupné napätie na približne 1 V a výstupný prúd na približne 1 A. Posledná uvedená hodnota by mala byť primerane presná na čítanie alebo musí byť meraná.
V príklade vpravo som práve použil starý napájací zdroj AT a všetko voľne lietal pomocou aligátorských klipov. Aby som mal minimálne zaťaženie, zapojil som v smere dopredu paralelne s meracími hrotmi dostatočne hrubú usmerňovaciu diódu. Pokiaľ nie sú testovacie sondy v kontakte s vedením, prúd preteká diódou. Zároveň to obmedzuje napätie medzi testovacími hrotmi na menej ako 1V.
Aby sa napájanie ihneď nevyplo, musíte zabezpečiť minimálne zaťaženie + 5V. Preto som dal druhý, podobný odpor medzi + 5V a zem do iného konektora. Veľmi sa neohrieva. Typicky nemusí byť napájanie +3,3 V napájacích zdrojov ATX nevyhnutne zaťažené.
Najlepším spôsobom, ako určiť presný prúd, berúc do úvahy odpor vedenia, je meranie napätia na rezistore, zatiaľ čo sú pripojené krokosvorkové svorky pre testovacie sondy. O zvyšok sa stará Ohmov zákon:
Iref = U/R s Iref = testovací prúd, U = napätie na rezistore a R = tlačená hodnota odporu hore.
Pri stlačení testovacích sond musíte vyvinúť určitú silu, aby kontaktný odpor zostal malý. Keď napätie už neklesá, spoznáte, či máte pravdu. Hodnota posunu, pod ktorú jeden nepôjde, je určená jednoduchým stlačením testovacích hrotov priamo k sebe. Táto hodnota sa potom odčíta od všetkých nameraných hodnôt. Pre mňa to bolo takmer presne 1mV.
Ak to chcete urobiť správnejšie, je lepšie upnúť krokosvorky na spájkovacie body v spodnej časti dosky a zmerať napätie bezprostredne vedľa nej (4-bodová metóda). Potom nie je potrebná žiadna zvláštna pevnosť ani korekcia.
Výsledok
Keď tri najdôležitejšie napätia na zástrčke ATX, pre + 12V na zástrčke CPU a pre + 5V a + 12V na diskoch pripojených cez zástrčky Molex atď., Prešli vyššie uvedenou ceremóniou, dáta môžu byť vyhodnotené.
| +12V CPU | 4,2 mV | 11,0 mV | 1,0A | 10,0 mΩ | 0,42A | 5,05 W |
| +12V ATX | 2,54 mV | 13,6 mV | 12,6 mΩ | 0,2A | 2,4 W | |
| +5V ATX | 7,0 mV | 6,1 mV | 5,1 mΩ | 1,37A | 6,9 W. | |
| +3,3 V ATX | 9,5 mV | 7,2 mV | 6,2 mΩ | 1,56A | 5,15 W | |
| Vzorec: | Meraná hodnota | Meraná hodnota | Meraná hodnota | R = Uref/Iref | Ión = Uon/R | P = U · ión |
Všetko vo všetkom 19,5 W.. Dáta sú namerané na testovacom serveri s AMD Athlon X2 250 na doske ASUS M4A78LT-M LE s čipsetom AMD 760 a 4GB DDR3 ECC-RAM. Vedľa dosky bol na ňom iba jeden Intel SSD, ktorý mám s
Základné informácie
Prečo by mala efektívnosť napájania nasledovať po racionálnom polynóme druhého poriadku?
Spotreba energie sa riadi základnými fyzikálnymi zákonmi. Najjednoduchším bodom je konštantná základná spotreba samotnej napájacej jednotky. Okrem toho existujú straty, ktoré závisia od štvorca výstupného prúdu, napríklad v dôsledku ohmických odporov (P = R · I 2). Väčšina napájacích zdrojov je však regulovaná moduláciou šírky impulzu. Výstupný výkon sa zvyšuje kvadraticky s prúdom v jadre, a preto v skutočnosti zostanú iba lineárne straty závislé od výkonu. To platí aj pre straty hysteréziou v jadre.
To znamená, že spotreba je kvadratická rovnica výstupného výkonu. Pretože je však stupeň fluktuácie definovaný ako výstupný výkon na spotrebu, vyskytuje sa zlomkový racionálny polynóm.
Nepoškodí to komponenty, ak vstreknete testovacie prúdy zvonku?
Nie, ak začnete skutočne v správnych bodoch, merací prúd bude skratovaný káblami a konektormi. Potom prakticky neexistuje žiadna sila. A ak to nedosiahnete presne, obmedzenie napätia diódy zabezpečí, že sa zvyčajne nič nestane - aspoň pokiaľ zostanete pri napájacích prípojkách.