Informatika Tanuljunk

A számítógép alapja: a tápegység

A tápegység (angolul Power Supply Unit, vagy röviden PSU) a számítástechnikában, (a “PC-ben”) az az alkatrész, amely a számítógép működéséhez szükséges feszültségeket állítja elő. A 230V váltóáramot egyenárammá és törpefeszültséggé alakítja.

ATX tápegység
ATX tápegység felépítése: A—egyenirányító diódahíd B- bemeneti puffer kondenzátor C—átalakító tekercs D—kimeneti szűrőtekercs E—kimeneti szűrőkapacitások

A tápegység feladata, hogy a hálózati feszültséget a rá csatlakozó hardverek számára megkívánt feszültségűre alakítsa. A váltakozóáramból egyenáramot állít elő, szűri és bizonyos mértékig védi a hirtelen feszültségingadozásoktól az alkatrészeket. Mivel rengeteg olyan alkatrész van a számítógépben, ami már a legkisebb feszültségingadozástól tönkremegy, ezért a tápnak stabilnak is kell lennie. A tápegységekkel szembeni követelményeket az ATX szabvány rögzíti. Ebben rögzítve vannak a főbb jellemzők:

• Rögzítési pontok
• Méretek
• Csatlakozók típusai
• Teljesítményszintek
• Feszültségszintek (áramerősségek)
• Szükséges szolgáltatások

A szabvány szerint ötféle feszültségszint szükséges, amit a tápegységnek tudnia kell. Ezek a következők:
• +12V1
• +12v2
• +5V
• +3.3V
• -12V
• +5VSB

Tápcsatlakozók

Régebbi alaplapokon egy nagyobb 20 tűs ATX tápcsatlakozó volt található, valamint egy kisebb 4 tűs csatlakozó a CPU közelében. Ezen 4 tűs csatlakozó a Pentium 4-el jelent meg. Bevezetésére azért volt szükség, mert a processzor fogyasztása nagyon terhelte volna a +5V ágat, ha arra kötötték volna be. Ezért a teljesítményhez szükséges feszültséget +12V ágból kapják azóta a processzorok. (Ez nem azt jelenti, hogy +12V-on mennének, csupán annyit, hogy nagyobb feszültség mellett kisebb áramerősség mellett szállítható a teljesítmény.)

A 20 tűs ATX csatlakozót a 20+4 tűs váltotta, amely az összes PCI-E 16x sínnel szerelt alaplapon megtalálható. A +4 tű extra feszültséget továbbít a videokártya felé.  Ezen alaplapok képesek működni 20 tűs tápegységgel is, azonban ez erősen teljesítménykorlátozó tényező. Nagyobb fogyasztású videokártyáknak külön tápegység csatlakozójuk is van, amely a kártyák végén található meg, ami egy 6 tűs csatlakozó. Az olyan videokártyák, amelyeken van ilyen csatlakozó, nem igazán szeretnek működni az extra, igényelt feszültség nélkül.

Az ATX (Advanced Technology eXtended) egy számítógépes Intel szabvány, amely bizonyos feszültség- és áramerősségszinteket, csatlakozótípusokat, méreteket és elrendezéseket határoz meg.

ATX 12VAz eredeti  ATX tápegység ehhez a szabványhoz igazodik. A legfőbb feladata egy számítógép tápegységének a megfelelő feszültségszintek előállítása: +12V, +5V és +3.3V a szükséges áramerősségekkel együtt. Emellett még előfordul a -12V, amit az RS-232 soros port használ vagy a -5V, amit az ISA buszra csatlakozott perifériák használnak. Ez a kettő, főleg az utóbbi már elavult technológiának számít és az újabb tápegységekbe már nincs beleépítve (vagy csak az alkatrészek helye van meghagyva a nyomtatott áramkörön). Tulajdonképpen a régi tápokban +12V-ot csak a villanymotorral rendelkező perifériák használják, mint a DVD író, HDD vagy egyéb mechanikus alkatrész (pl. ventillátor), a teljesítmény nagy részét az 5V-ról üzemelő processzorok fogyasztották el, ezért a tápegység erre az ágra összpontosította az energia legnagyobb részét. Sok esetben a villanymotorok is 5V-osak, valamint a RAM memória és a PCI kártyák is ebből konvertálják át maguknak a feszültségeket. Az átkonvertált feszültségek többnyire 3.3V vagy ez alatti értékek, ezért a tápegységből egy ilyen ág is ki van vezetve. A külön kivezetések külön áramkörökből erednek, így egyik leterhelése nem okoz problémát a másiknak. A gyengébb minőségű tápegységekben ez a különállóság nem teljes mértékű és sokszor üzemzavart okozhat.

ATX tápegység
20+4 pin ATX csatlakozó

ATX12V 2.0

2003 februárjában vezették be a ATX12V 2.0 specifikációt, amibe a PCI Express energiaigényét is beépítették ez az ATX12V 1.x-től teljesen eltérő energiaelosztást határozott meg:

A tápellátás nagy része most már a 12 V-os síneken történik. A szabvány előírja, hogy két független 12 V-os sínre (12 V2 a négytűs csatlakozóhoz és 12 V1 minden máshoz) van szükség független túláramvédelemmel a teljesítményigények biztonságos kielégítéséhez (néhány nagyon nagy teljesítményű tápegység két sínnél több sínnel rendelkezik; az ilyen nagy tápegységekre vonatkozó ajánlásokat a szabvány nem ad meg).
A 3,3 V-os és 5 V-os síneken a teljesítményt jelentősen csökkentették. 2004-ben a –5 V-os sínre vonatkozó hibás hivatkozást eltávolították a leírásból.
Az ATX alaplapi csatlakozót 24 tűsre bővítették. A plusz négy csap egy további 3,3 V-os, 5 V-os és 12 V-os áramkört biztosít.
Az ATX12V 1.x hatpólusú AUX-csatlakozóját eltávolították, mivel az általa biztosított további 3,3 V-os és 5 V-os áramkörök már a 24 pólusú ATX-alaplapi csatlakozóba kerültek.
A tápegységnek 2003 óta tartalmaznia kell egy Serial ATA tápkábelt. 2007től az ajánlott hatásfok 80%-ra emelkedett.

A tápegység ezeken kívül még el van látva 3 további kivezetéssel:

  • PWR-OK (szürke, 5V): az alaplap csak akkor lép működésbe, ha erről a vezetékről jelet (5V-ot) kap. A tápegység pedig csak akkor ad jelet, ha a bekapcsolást követően minden feszültség- és áramerősségszint megfelelő és stabil. Ez a jel folyamatosan jelen kell legyen, hogy a számítógép működjön. Egy áramkör folyamatosan teszteket végez és ha túl nagy az ingadozás vagy nem teljesülnek a megadott küszöbértéket, nyomban lekapcsolja az 5V-ot a PWR-OK vezetékről. Amíg a PWR-OK jel meg nem érkezik, addig egy időzítő felhúzva tartja a processzor reset lábát, hogy az ne tudjon elindulni.
  • PS-ON (zöld, 5V): lehetővé teszi a tápegység szoftveres ki- és bekapcsolását. Ezt az olyan operációs rendszerek tudják kihasználni, melyek támogatják APM (Advanced Power Management) vagy ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) funkciókat. Ezen funkciók nélkül a leállásra szánt rendszer nem tudja lekapcsolni a tápegységet, csupán kiírja, hogy a számítógép biztonságosan kikapcsolható. Amíg az 5V jelen van a vezetéken, addig a tápegység nem kapcsol be. A számítógép kapcsológombja hozza 0V-r a feszültségszintet.
  • 5VSB (lila, 5V): a kikapcsolt állapotban lévő tápegység egy 5V-os tápfeszültséget szolgáltat ezen a vezetéken, amely ellátja a készenléti áramköröket. Ennek segítségével távolról (LAN, USB) is bekapcsolható a számítógép. A PWM vezérlőnek is szüksége van erre mielőtt elindítaná a tápegységet.

ATX12VOATX12VO

Ez a tisztán ATX 12 voltos ATX-rendszert jelenti, ami az Intel által 2019-ben közzétett új specifikáció.  Első körben az előre gyártott rendszereket célozza. Több OEM már eddig is hasonló kialakítást használt saját fejlesztésű csatlakozókkal, és ez gyakorlatilag ezeket szabványosítja.

E szabvány szerint a tápegységek csak 12V-os kimenetet biztosítanak. Az ATX12VO egy új, 10 tűs csatlakozót vezet be az alaplap ellátására, amely a 24 tűs ATX12V csatlakozót váltja fel. Ez nagymértékben egyszerűsíti a tápegységeket, de a DC-DC átalakítást és néhány csatlakozót az alaplapra helyezi át. Nevezetesen a SATA tápcsatlakozókat, amelyek 3,3V és 5V-os tűket tartalmaznak, az alaplapra kell áthelyezni ahelyett, hogy közvetlenül a tápegységhez csatlakoztatnák őket.

Az ATX tápok működése kapcsolóüzemű, nem lineáris. Ez azt jelenti, az aktív komponensek (pl. tranzisztorok) nem lineáris, hanem kapcsoló üzemmódban dolgoznak.

  • A lineáris tápegységek általában előbb áttranszformálják a hálózati feszültséget a megfelelő értékre, egyenirányítják, szűrik, majd negatív visszacsatolású szabályzóval vagy teljesítménytranzisztorokkal stabilan tartják a kimenetet.
ATX tápegység
ATX tápegység

Az ATX tápegység belső felépítése:

  1. Primer rész: egyenirányítja a bemenő áramot és felkonvertálja a frekvenciáját (230V)
  2. Transzformátor rész: letranszformálja a kapcsolgatott feszültséget (230V -> 12V)
  3. Szekunder rész: egyenirányítja és stabilizálja a kimenetet (12V, 5V, 3.3V)
Védőáramkörök:
  • Rövidzárvédelem: kikapcsolja a tápegységet, ha a kimenetek valamelyikét rövidre zárjuk.
  • Alacsony feszültség védelem: kikapcsolja a tápegységet, ha valamelyik kimenet feszültségszintje túlságosan lecsökken.
  • Túlfeszültség védelem: kikapcsolja a tápegységet, ha valamelyik kimenet feszültségszintje túlságosan megnő.
  • Túláram védelem: kikapcsolja a tápegységet, ha túlságosan leterheljük vagy rövidre zárjuk. Lassabb a rövidzárvédelemnél, inkább egyfajta áramkorlátnak mondható.
  • Túlterhelés védelem: kikapcsolja a tápegységet, ha túlságosan leterheljük. A túláram kialakulását előzi meg, valamint az alkatrészek túlmelegedését.
  • Túlmelegedés védelem: kikapcsolja a tápegységet, ha a hűtőbordára szerelt hőmérő értéke meghalad egy küszöbértéket. Ez csak végső esetben kapcsol be, mikor az előző kettő kudarcot vallott.

Hozzászólás

Ez az oldal az Akismet szolgáltatást használja a spam csökkentésére. Ismerje meg a hozzászólás adatainak feldolgozását .

%d bloggers like this: