Arvuti toiteplokk

Allikas: Kuutõrvaja

Toiteploki ülesanne

Arvuti toiteplokki võib pidada üheks olulisemaks osaks arvuti riistvaras, kuna see on põhiline seade, mis tegeleb energia üle kandmisega seina võrgust arvuti sisestele madalapingelistele integraalskeemidele. Toiteplokk on seega konverteerimise seade, mis muundab vahelduva kõrgpinge madalpingeliseks alalisvooluks, ehk täpsemalt kõrgem pinge ja väiksem vool konverteeritakse madalamaks pingeks ja tugevamaks vooluks. Seejuures seadme sisendiks on ainult üks pinge ehk keskmiselt 220V vahelduvpinget ja väljundiks mitu erinevat alalispinget (alalispinge kanalit i.k. supply rales).

Vahelduvpinge vs. alalispinge


Muundamise protsess ise peab olema võimalikult väikeste kadudega ehk võimsuse ülekanne peab olema parima efektiivsusega. Selle saavutamiseks kasutatakse tänapäeval enamasti impulss toiteplokke, mis tööpõhimõttelt on keerulisemad, kuid nende kaal, mõõtmed ja maksumus on igas mõttes odavam, kui muud lineaarsed toiteseadmed. Ehk seevastu lineaarsetes toiteplokkides kasutatakse trahvot, mis enamsti on suurte mõõtmetega ja suure massiga ning lineaarsete pingeregulaatorite edastatav võimsus on suurte kadudega.



Tööpõhimõte

Üldiselt on impulss toiteplokid jagatud kaheks osaks tööpingete järgi - kõrgpinge pool, kuhu juhitakse võrgu pinge ja alalispinge pool millest väljub siis arvuti toiteploki puhul mitu alalispinge kanalit. Seega toiteploki kõrgpinge skeem on kõigi kanalite jaoks ühine kuni impulss-trahvoni - sealt edasi on igal alalispinge kanalil oma alaldi skeem ja silumise filtrid. Pinge muundamine toimub toiteplokis mitmes etapis, kus esmalt toimub vahelduva võrgupinge muundamine kõrgeks alalispingeks ja seejärel uuesti vahelduvpingeks ning lõpuks taas alalispingeks. Etapp, kus kõrge alalispinge muundatakse uuesti vahelduvaks, on vajalik selleks, et selles punktis määratakse ära, kui suuri pingeid toiteploki kanalitesse on vaja anda. Üldjuhul selles etapis on arvuti toiteplokkide puhul kanalisse antav pinge ja vool määratud trahvo sekundaarmähiste parameetrite ja juhtskeemi poolt antava impulsi sageduse järgi. Seejuures juhtskeem jälgib tagasisidena tegelikke pinge väärtusi kanalites ja vastavalt vajadusele, et pinge väärtust kanalis täpsena hoida, muudab vähesel määral impulsi modulatsiooni sagedust (või täitevtegurit). Järgneval Joonisel on ära kirjeldatud ühe kanaliga impulsstoiteploki üldistatud plokkskeem.


Plokkskeem


Plokkskeemi osade kirjeldus:

1] Filter - on vajalik selleks, et impulsstoiteploki tekitatud häired ei leviks toiteplokist välja üldisesse 220V välisvõrku. Filter filtreerib välja need sagedused millel impulsstrahvo ise töötab.

2] Alaldi - on skeem, mis muundab vahelduvpinge 'peaaegu alalispingeks'. Üldiselt kasutatakse täisperiood alaldit, mis piltlikult öeldes peegeldab siinuse alumised poolperioodid üles.

3] Kondensaator - tegeleb siis alaldi poolt saadud pinge silumisega, et see oleks täielikult alalispinge. Ühtlasi on kondensaator selles osas vägagi suure mahtuvusega mistõttu on kondensaator sellisel juhul kui voolu tagavara, näiteks poole sekundilise voolu kõikumise korral välisvõrgus. Tuleb ära mainida, et kondensaator tõstab alaldilt saadud pinge efektiiväärtust veel kõrgemale ehk 220V puhul üle 300V alalispinget. Seega isegi, kui toiteplokk on lahti ühendatud seinavõrgust, võib kondensaatorites olla piisavalt suur elektri laeng, mis kontakti puhul võib anda inimesele eluohtliku elektri šoki.

4] Inverter - on jõutransistoride skeem, kus jõutransistorid on kui võimsad lülitid, mida lülitatakse kõrgel sagedusel (nn. 140 kHz) ning annavad edasi 300V alalispingest edasi tugevaid pinge impulsse trahvo primaarmähisesse [5].

5] Impulsstrahvo - erineb tavalisest trahvost sellepoolest, et see on enamasti väiksemate mõõtmetega ja väiksema massiga, kuna omab vähem traadi keerde ja südamik on ferriidist. Seejuures kehtib seos et, mida kõrgemal sagedusel toimub trahvo ergutamine, seda väiksemate mõõtmetega see on. Samas piirid seab see, kui palju võimsust soovitakse üle kanda. Arvuti toiteplokis on peamiste voolukanalite jaoks üks impulsstrahvo, kus on üks ühine primaarmähis ja siis mitu erinevat sekundaarmähist iga alalisvoolu kanali jaoks. Piltlikult öeldes toimub selle trahvo abil voolu tugevuse ja pinge duaalne ümber konvertimine, kus kehtib seos, et võimsus P = U*I on pinge ja voolu korrutis - kõrgem pinge muundatakse madalamaks pingeks mille tulemusena saab toiteploki kanalitest võtta märksa tugevamat voolu madalama pinge juures. Ehk kui trahvo üle kantav võimsus on üks-üheselt konstantne siis mõlemal juhul muudetakse pinge ja voolutugevuse väärtuseid vastavalt nii, et võimsus P jääks konstantseks.

6] Alaldi - kasutatakse poolperiood alaldit, mis tagab väiksemad võimsuskaod(kaks korda vähem alaldusdioode). Iga toite kanali jaoks on eraldi alaldi ja sinna juurde kuuluv induktiivsusega ja kondensaatoriga silufilter.

7] Juhtskeem - enamasti mõni integraalskeem koos muude ahelatega, mille ülesandeks on jälgida väljundpingeid ja voolutugevusi, kui süsteemi tagasisidena( proportional-integral-derivative), et siis anda jõutransistoridele [4] õiget impulsi sagedust ja impulsi kestvust. Samas tegeleb juhtskeem ka toiteploki olekute jälgimisega, kus ta annab läbi PWR_OK juhtme arvuti emaplaadile informatsiooni näiteks välise võrgupinge katkemisest, ülekoormusest ja alapingest, et arvuti saaks kondensaatori[3] viimastest energia varudest lõpetada viimased toimingud mõnede milli-sekundite jooksul. Juhtme PS_ON abil toimub toiteploki käivitamine ja välja lülitamine (olemas kõigil ATX tüüpi toiteplokkidel).


Toiteplokk seestpoolt
  • voolu alaldamine - voolu ringis, kus voolu suund aja jooksul perioodiliselt muutub, lastakse voolul liikuda ainult ühes dioodiga määratud suunas.

Standardites esitatud nõuded arvuti toiteplokile (ATX12V v2.2 Märts 2005)


>> Alalispinge kõikumise ulatused

Järgnev tabel kirjeldab standardites lubatud pinge kõikumisi kõigis toitekanalites erinevates situatsioonides nn. maksimum ja miinimum koormusel ning kõrgel töötemperatuuril:


Pinge kõikumise ulatused


>> Voolu tugevuse jagumine erinevate toitekanalite vahel


Sõltuvalt arvuti protsessori, mälude ja videokaardi tüübist ja arvust võib teatud määral tekkida olukordi, kus voolu mõnedes kanalites nõutakse rohkem. Selleks on toiteploki kanalitest võimaldatud voolu tugevus kuni teatud maksimum väärtuseni, nagu kirjeldatud järgnevas tabelis.


Voolutugevuste jagumine toitekanalite vahel 450W toiteplokil


>> Nõuded efektiivsusele

Efektiivsuse alla mõeldakse väljundvõimsuse ja sisendvõimsuse protsendilist suhet. Mida suurem on efektiivsus seda vähem energiat läheb soojuseks ja toiteploki enda tugiskeemide toiteks. Efektiivsus sõltub sellest kuidas on toitekanalid üksteise suhtes koormatud. Näiteks tänapäeval toodetavate toiteplokkide puhul 3.3V ja 5V kanali suuremal koormamisel toiteploki efektiivsus langeb, samas 12V kanaleid koormates efektiivsus oluliselt ei lange. See on tingitud sellest, et suurema pinge e. 12V kanalid on üldjuhul efektiivsemad, kuna tänapäeva toiteplokkides antakse enamus võimsust edasi emaplaadile läbi 12V kanalite. Järgnevas tabelis on näha, et enamasti tüüpilise koormuse puhul on efektiivsus kõige parem, kuna toiteploki tootmisel on arvestatud sellega, et enamus tööaega toiteplokk ka sellise tüüpilise koormuse all töötab.


Soovitatud efektiivsused ja optimaalne koormus 450W toiteploki puhul


>> Müra tasemed toitekanalites

Müra on defineeritud, kui alalispinges esinevat väikest perioodilist või juhuslikku signaali 10Hz kuni 20MHz-ni. Järgnevas tabelis kirjeldatud müratasemeid ei tohi ületada toiteploki erinevatel koormustel.


Toitekanalite lubatud müratasemed

Ühenduspistikud

>>Emaplaadi ATX toitepistik.


Versioon 2.0 pistikuid esineb kahte varianti, kus ühel juhul saab suurema pistiku küljest ära eemaldada nelja juhtmega pistiku osa(pin 11, 12, 23, 24), et võimaldada toitepistiku ühendamist vanemat tüüpi ATX emaplaatidele.

ATX ühenduspistikud


>>Lisaseadmete ühenduspistikud


Peripheral ja Floppy Connector - Vanemad IDE-ATA kõvakettad, CD ja DVD rom-id, flopy seadmed.

+12V2 DC Connector - Pentium IV toega emaplaatide lisa toitepistik.

AUX Power Connector - Emaplaadi lisa toide AGP videokaartide jaoks, harva kasutatakse.


Lisaseadmete ühenduspistikud


>>SATA ühenduspistik


SATA ühenduspistik

>>Emaplaadi lisa toide PCI-Express kaartidele

PCI-Express

Lingid

http://et.wikipedia.org/wiki/Toiteplokk