bộ nguồn máy tính

BỘ NGUỒN MÁY TÍNH POWER SUPPLY UNIT - PSU MỤC LỤC: 1/ Định nghĩa, phân loại bộ nguồn 2/ Đặc điểm bộ nguồn 3/ Các chuẩn bộ nguồn hiện nay 4/ Nguyên lý hoạt động của bộ nguồn 5/ Vai trò củ

BỘ NGUỒN MÁY TÍNH POWER SUPPLY UNIT - PSU MỤC LỤC:

1/ Định nghĩa, phân loại bộ nguồn

2/ Đặc điểm bộ nguồn

3/ Các chuẩn bộ nguồn hiện nay

4/ Nguyên lý hoạt động của bộ nguồn

5/ Vai trò của bộ nguồn

6/ Các kết cấu đầu ra của bộ nguồn

7/ Các đường điện trong nguồn máy tính

8/ Công suất và hiệu suất bộ nguồn

9/Điều khiển bộ nguồn máy tính

10/ Giải nhiệt trong nguồn

11/ Lọc nhiễu trong bộ nguồn

12/ Thế nào là bộ nguồn máy tính tốt

Phụ lục 1: Giới thiệu một số bộ nguồn và giá cả hiện tại

1 Định nghĩa bộ nguồn:

điện năng cho bo mạch chủ, ổ cứng và các thiết bị khác , đáp ứng năng lượng cho tất cả các thiết bị phần cứng của máy tính hoạt động

Bộ nguồn ATX

- Các bộ nguồn khi xuất xưởng phải có tem chứng nhận chất lượng với các thông số về điện thế, công suất:

Tem thông số của bộ nguồn

- Phân loại nguồn máy tính:

Nguồn máy tính đc chia ra làm 3 loại :

1) Nguồn AT ( cho Loại máy Pentium II )

Bộ nguồn AT nối với Mainboard bằng một đầu nối kép,mỗi đầu có 6 dây, và

có nhiều đầu nối 4 dây với 2 loại kích cỡ ( loại lớn để cấp nguồn cho HDD, CD-ROM, loại nhỏ cấp nguồn cho FDD) Công tắc nguồn của CASE đc nối trực tiếp vào bộ nguồn, Loại này khi Shut down máy tính thì phải bật tắt nguồn Các thiết bị xuất nhập ( in/out ) đc nối với Mainboard nhờ các dây nối trung gian

2) Nguồn ATX ( cho loại máy Pentium III )

Cáp nối bộ nguồn ATX với Mainboard chỉ có một đầu dây nối 20 dây và có nhiều đầu nối 4 dây với 2 loại kích cỡ ( loại lớn để cấp nguồn cho HDD, CD-ROM, loại nhỏ cấp nguồn cho FDD) Dây công tắc đc nối với

Mainboard để kích nguồn Loại này khi Shut down máy tính thì ko phải bật tắt nguồn, nó tự động tắt điện Các dầu nối ( in/out ) đc thiết kế sẵn trên Mainboard

3) Nguồn Micro ATX ( cho loại máy Pentium IV )

Do thiết kế Mainboard của các máy Pentium IV có khác về kiểu cấp nguồn điện nên Micro ATX đã đc thiết kế dành riêng cho chúng Về cơ bản Micro ATX giống với ATX nghĩa là bộ nguồn đc nối với Mainboard bằng một đầu nối kép,mỗi đầu có 6 dây, và có nhiều đầu nối 4 dây với 2 loại kích cỡ ( loại lớn để cấp nguồn cho HDD, CD-ROM, loại nhỏ cấp nguồn cho FDD), nhưng Micro ATX có thêm một đầu nối 4 dây đc bố trí theo hình vuông để cấp nguồn riêng cho CPU, Loại này khi Shut down máy tính thì ko phải bật tắt nguồn, nó tự động tắt điện

công suất cao hơn với nhiều đầu cấp nguồn tuy nhiên chưa được sử dụng rộng rãi

Bộ nguồn BTX

- Nguồn máy tính là loại nguồn phi tuyến, khác với nguồn tuyến tính ở chỗ:

• Nguồn tuyến tính (thường cấu tạo bằng biến áp với cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp) cho điện áp đầu ra phụ thuộc vào điện áp đầu vào

• Nguồn phi tuyến cho điện áp đầu ra ổn định ít phụ thuộc vào điện áp đầu vào trong giới hạn nhất định cho phép

- Chuẩn thống trị hiện nay trên máy tính để bàn nói chung chính là ATX (Advanced Technology Extended) 12V, được thiết kế bởi Intel vào năm

1995 và đã nhanh chóng thay thế chuẩn AT cũ bởi nhiều ưu điểm vượt trội Nếu như với nguồn AT, việc kích hoạt chế độ bật được thực hiện qua công tắc có bốn điểm tiếp xúc điện thì với bộ nguồn ATX bạn có thể bật tắt bằng phần mềm hay chỉ cần nối mạch hai chân cắm kích nguồn (dây xanh lá cây

và một trong các dây Ground đen) Các nguồn ATX chuẩn luôn có công tắc tổng để có thể ngắt hoàn toàn dòng điện ra khỏi máy tính ATX có 5 nhánh thiết kế chính:

+ ATX: jack chính 20 chân (thường dùng cho Pentium III hoặc Athlon XP)

Jack nguồn 20 chân

+ WTX: jack chính 24 chân, dùng cho Pentium II, III Xeon và Athlon MP

Jack nguồn 24 chân chính

+ ATX 12V: jack chính 20 chân, jack phụ 4 chân 12v (Pentium 4 hoặc Athlon 64)

Jack nguồn 20 chân chính, 4 chân phụ

+ EPS12V: jack chính 24 chân, jack phụ 8 chân dùng cho các hệ thống Xeon + ATX12V 2.0: jack chính 24 chân, jack phụ 4 chân (Pentium 4 775 và các

hệ thống Athlon 64 PCI-Express)

- Gần đây xuất hiện một chuẩn mới với tên gọi BTX (Balanced Technology Extended) có cách sắp xếp các thành phần bên trong máy hoàn toàn khác với ATX hiện nay, cho phép các nhà phát triển hệ thống có thêm tùy chọn nhằm giải quyết vấn đề nhiệt lượng, độ ồn… Chuẩn BTX được thiết kế tối ưu cho những công nghệ mới hiện nay như SATA, USB 2.0 và PCI Express Yếu tố

xử lý nhiệt độ trong máy tính BTX được cải tiến rất nhiều: hầu hết các thành phần tỏa nhiệt chính đều được đặt trong luồng gió chính nên sẽ tránh việc phải bổ sung các quạt riêng cho chúng (sẽ gây tốn thêm năng lượng, tăng độ

ồn và chật chội không cần thiết) Hiện tại bạn có thể tìm thấy một vài bộ nguồn với tem chứng nhận hỗ trợ BTX nhưng không nhiều vì chưa thông dụng

- Từ nguồn điện dân dụng (110Vac/220Vac xoay chiều với tần số 50/60Hz) vào PSU qua các mạch lọc nhiễu loại bỏ các nhiễu cao tần, được nắn thành điện áp một chiều Từ điện áp một chiều này được chuyển trở thành điện áp xoay chiều với tần số rất cao, qua một bộ biến áp hạ xuống thành điện áp xoay chiều tần số cao ở mức điện áp thấp hơn, từ đây được nắn trở lại thành một chiều Sở dĩ phải có sự biến đổi xoay chiều thành một chiều rồi lại thành xoay chiều và trở lại một chiều do đặc tính của các biến áp: Đối với tần số cao thì kích thước biến áp nhỏ đi rất nhiều so với biến áp ở tần số điện dân dụng 50/60Hz

- Nguồn máy tính được lắp trong các máy tính cá nhân, máy chủ ,máy tính xách tay Ở máy để bàn hoặc máy chủ, bạn có thể nhìn thấy PSU là một bộ phận có rất nhiều đầu dây dẫn ra khỏi nó và được cắm vào bo mạch chủ, các

ổ đĩa, thậm chí cả các card đồ họa cao cấp Ở máy tính xách tay PSU có dạng một hộp nhỏ có hai đầu dây, một đầu nối với nguồn điện dân dụng, một đầu cắm vào máy tính xách tay

- Nguồn máy tính cung cấp đồng thời nhiều loại điện áp: +12V, - 12V, +5V, +3,3V với dòng điện định mức lớn

Sơ đồ khối bộ nguồn ATX

4. Vai trò của bộ nguồn

- Nguồn máy tính là một bộ phận rất quan trọng đối với một hệ thống máy tính, tuy nhiên có nhiều người sử dụng lại ít quan tâm đến Sự ổn định của một máy tính ngoài các thiết bị chính (bo mạch chủ, bộ xử lý, bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, ổ cứng ) phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn máy tính bởi nó cung cấp năng lượng cho các thiết bị này hoạt động

- Một nguồn chất lượng kém, không cung cấp đủ công suất hoặc không ổn định sẽ có thể gây lên sự mất ổn định của hệ thống máy tính (cung cấp điện

áp quá thấp cho các thiết bị, có nhiều nhiễu cao tần gây sai lệch các tín hiệu trong hệ thống), hư hỏng hoặc làm giảm tuổi thọ các thiết bị (nếu cung cấp điện áp đầu ra cao hơn điện áp định mức)

- Nguồn máy tính không thể thiếu các đầu dây cắm cho các thiết bị sử dụng năng lượng cung cấp từ nó Các kết nối đầu ra của nguồn máy tính bao gồm:

• Đầu cắm vào bo mạch chủ (motherboard connector): là đầu cắm có 20 hoặc

24 chân - Tuỳ thể loại bo mạch chủ sử dụng Phiên bản khác của đầu cắm này là 20+4 chân: Phù hợp cho cả bo mạch dùng 20 và 24 chân

Một loại chân cắm bo mạch chủ

• Đầu cắm cấp nguồn cho bộ xử lý trung tâm (CPU) (+12V power connector)

có hai loại: Loại bốn chân và loại tám chân (thông dụng là bốn chân, các nguồn mới thiết kế cho các bo mạch chủ đời mới sử dụng loại tám chân

Đầu cấp nguồn loại 4 chân và 8 chân

• Đầu cắm cho ổ cứng, ổ quang (giao tiếp ATA) (peripheral connector): Gồm

bốn chân

• Đầu cắm cho ổ đĩa mềm: Gồm bốn chân

• Đầu cắm cho ổ cứng, ổ quang giao tiếp SATA: Gồm bốn dây

Đầu cấp nguồn các ổ đĩa (4 chân)

- Đầu cắm cho các cạc đồ hoạ cao cấp: Gồm sáu chân

Đầu cấp nguồn các loại card 6 chân

- Lưu ý: Một số đầu cắm khác đã có ở các nguồn thế hệ cũ (chuẩn AT) đã được loại bỏ trên mười năm, không được đưa vào đây

- Các đầu cắm cho bo mạch chủ và thiết bị ngoại vi được nối với các dây dẫn màu để phân biệt đường điện áp, thông thường các dây dẫn này được hàn trực tiếp vào bản mạch của nguồn Tuy nhiên có một số nhà sản xuất đã thay thế việc hàn sẵn vào bản mạch của nguồn bằng cách thiết kế các đầu cắm nối vào nguồn Việc cắm nối có ưu điểm là loại bỏ các dây không cần dùng đến

để tránh quá nhiều dây nối trong thùng máy gây cản trở luồng gió lưu thông trong thùng máy, nhưng theo tác giả (TMA) thì nó cũng có nhược điểm: Tạo thêm một sự tiếp xúc thứ hai trong quá trình truyền dẫn điện, điều này làm tăng điện trở và có thể gây nóng, tiếp xúc kém dẫn đến không thuận lợi cho quá trình truyền dẫn

- Bộ nguồn thường có nhiều đường điện khác nhau, gồm: +3,3V, +5V, +12V, -5V, -12V

- Ý nghĩa của chúng như sau:

• 12V: Được sử dụng chính cho các mạch điện cổng Serial và hầu như rất ít được dùng trên các hệ thống mới Mặc dù các PFU mới đều có tính tương thích ngược nhưng công suất các đường -12V chỉ chưa tới 1A

• 5V: Chủ yếu sử dụng cho các bộ điều khiển ổ đĩa mềm và mạch cấp điện cho các khe cắm ISA cũ Công suất đường -5V cũng chỉ dưới 1A

0V: Đây là đường “mát”

• +3,3V: Là một trong những mức điện thế mới trên các bộ nguồn hiện đại, xuất hiện lần đầu tiên khi chuẩn ATX ra đời và ban đầu được sử dụng chủ yếu cho bộ vi xử lý Hiện nay, các bo mạch chủ (BMC) mới đều nắn dòng +3,3V để nuôi bộ nhớ chính

• +5V: Nhiệm vụ chính là cấp điện cho BMC và những thành phần ngoại vi Ngoài ra, các loại bộ vi xử lý như Pentium III hay AthlonXP cũng lấy điện từ đường 5V thông qua các bước nắn dòng Trên những

hệ thống mới, đa số các thành phần linh kiện đều dần chuyển qua sử dụng đường 3,3V ngoại trừ CPU và BMC

• +12V: Trong các hệ thống máy tính hiện đại, đây là đường điện đóng vai trò quan trọng nhất, ban đầu nó được sử dụng để cấp nguồn cho

mô tơ của đĩa cứng cũng như quạt nguồn và một số thiết bị làm mát khác Về sau, thiết kế mới cho phép các khe cắm hệ thống, card mở rộng và thậm chí là cả CPU cũng “ăn theo” dòng +12V

Khi công tắc nguồn được nhấn lần đầu tiên và BN khởi động, nó sẽ mất một khoảng thời gian để các thành phần trong nguồn xuất ra điện năng cho các thành phần máy tính hoạt động Trước khi đó, nếu máy tính khởi động, các linh kiện sẽ dễ bị hỏng hóc hoặc hoạt động không bình thường do đường điện chưa ổn định Chính vì vậy trên các hệ thống mới, đôi khi phải mất tới 1-2 giây sau khi bạn nhấn nút công tắc máy thì hệ thống mới bắt đầu làm việc Điều này là do hệ thống phải chờ tín hiệu đèn xanh cho biết điện thế đã sẵn sàng từ BN gửi tới BMC Nếu không có tín hiệu này, BMC sẽ không cho phép máy tính hoạt động

• Trong số các đường điện chính, những đường có giá trị dương (+) đóng vai trò quan trọng hơn và bạn phải luôn để mắt tới chúng Mỗi đường sẽ có chỉ số Ampere (A) riêng và con số này càng cao càng tốt Công suất tổng được tính bằng công thức W= VxA Ví dụ đối với BN

có đường 3,3V là 30A, 5V là 30A và 12V là 25A thì các đường điện

và công suất được tính như sau:

+ Công suất đường điện 3.3V = 3.3V x 30A = 100W

+ Công suất đường điện 5V = 5V x 30A = 150W

+ Công suất đường điện 12V = 12V x 25A = 300W

• Như vậy tổng công suất nguồn sẽ là 100W + 150W + 300W = 550W Tuy nhiên trên thực tế còn nhiều yếu tố khác ảnh hưởng tới con số tổng này và chúng ta sẽ đề cập tới ở phần sau bài viết

Trong máy tính, các thiết bị thường không sử dụng trực tiếp điện áp từ

bộ nguồn mà phải qua các mạch ổn áp của riêng thiết bị đó Cho nên, một bộ nguồn cấp đủ điện thế và điện thế ấy ổn định sẽ mang lại tuổi thọ cao cho các thiết bị

• Một bộ nguồn tốt thường có các đường điện chính (5Vsb, 3.3V, 5V và 12V) có mức điện thế nằm trong khoảng +/- 5% điện thế chuẩn và rất

ít dao động Để xem được điện thế này, ngoài các thiết bị đo chuyên dùng như đồng hồ đo điện (VOM- Volt Ohm Milliemmeter hay

DMM-DigitalMultimeter), bạn có thể xem qua phần mềm tiện ích hiển thị thông số hệ thống kèm theo mainboard hoặc các phần mềm miễn phí như Speedfan hay Sisoft Sandra Do phần mềm đọc số đo qua sensor của bios, nên giá trị đọc thường thấp hơn giá trị thực từ 0.1V ~ 0.6V

7. Công suất và hiệu suất

- Công suất nguồn được tính trên nhiều mặt: Công suất cung cấp, công suất tiêu thụ và công suất tối đa Hiệu suất của nguồn thường không được ghi trên nhãn hoặc không được cung cấp khi nguồn máy tính được bán cho người tiêu dùng, do đó cần lưu ý đến cả hai thông số này

8.1: Công suất

- Công suất tiêu thụ

Là công suất mà một nguồn máy tính tiêu thụ với nguồn điện dân dụng Công suất tiêu thụ được tính bằng W là công suất mà người sử dụng máy tính phải trả tiền cho nhà cung cấp điện (tất nhiên phải tính thêm công suất của mà hình máy tính trong trường hợp máy tính thuộc loại máy tính cá nhân)

- Công suất cung cấp

Được tính bằng tổng công suất mà nguồn cấp cho bo mạch chủ, CPU và các thiết bị hoạt động Công suất cung cấp thường phụ thuộc vào số lượng và

các đặc tính làm việc của thiết bị Công suất cung cấp thường nhỏ hơn công suất cực đại của nguồn

Công suất cung cấp của nguồn máy tính ở các thời điểm và chế độ làm việc khác nhau là khác nhau, nó không bình quân và trung bình như nhiều người hiểu Các thiết bị thường xuyên thay đổi công suất tiêu thụ thường là:

• CPU: Có nhiều chế độ tiêu thụ nhất: Khi làm việc ít, khi giảm tốc độ

(thường thấy ở các CPU cho máy tính xách tay, các CPU dòng Core 2 duo của Intel ), khi làm việc tối đa

• Cạc đồ hoạ: Khi cần xử lý một khối lượng đồ hoạ lớn (khi chơi games, xử lý ảnh, biên tập video ) cạc tiêu tốn hơn mức bình thường

• Chipset cầu bắc (NB): linh kiện tiêu thụ năng lượng nhiều nhất trên bo mạch chủ, nếu bo mạch chủ tích hợp sẵn cạc đồ hoạ thì chipset cầu bắc tiêu tốn năng lượng hơn, và giao động mức tiêu thụ tuỳ theo chế độ đồ hoạ

• Ổ quang: Khi đọc hoặc ghi sẽ tiêu tốn năng lượng hơn mức bình thường

• Các quạt trong máy tính nếu có cơ chế tự động điều chỉnh tốc độ theo nhiệt

độ của hệ thống

- Công suất cực đại tức thời

của nguồn máy tính là công suất đạt được trong một thời gian ngắn Công suất này có thể chỉ đạt được trong một khoảng thời gian rất nhỏ - tính bằng mili giây (ms) Rất nhiều hãng sản xuất nguồn máy tính đã dùng công suất cực đại tức thời để dán lên nhãn sản phẩm của mình

- Công suất cực đại liên tục

Là công suất lớn nhất mà nguồn có thể đạt được khi làm việc liên tục trong nhiều giờ, thậm chí nhiều ngày Công suất này rất quan trọng khi chọn mua nguồn máy tính bởi nó quyết định đến sự làm việc ổn định của máy tính

Thông thường một hệ thống máy tính không nên thường xuyên sử dụng đến công suất cực đại liên tục bởi khi này một trong các linh kiện điện tử trong nguồn máy tính làm việc đạt đến (hoặc xấp xỉ) ngưỡng cực đại của nó

8.2 Hiệu suất

- Hiệu suất của nguồn máy tính được xác định bằng hiệu số giữa công suất cung cấp và công suất tiêu thụ của nguồn

- Mọi thiết bị chuyển đổi năng lượng từ các dạng khác nhau đều không thể đạt hiệu suất 100%, phần năng lượng bị mất đi đó bị biến thành các dạng năng lượng khác không mong muốn (cơ năng, nhiệt năng, từ trường, điện

trường ) do đó hiệu suất của một thiết bị rất quan trọng

- Trong nguồn máy tính, năng lượng tiêu hao không mong muốn chủ yếu là nhiệt năng và từ trường, điện trường

- Các bộ nguồn máy tính tốt thường có hiệu suất đạt trên 80% Thông thường các nguồn được kiểm nghiệm đạt hiệu suất trên 80% được dán nhãn "sản phẩm xanh - bảo vệ môi trường" hoặc phù hợp chuẩn 80+

- Chiếm đa số các nguồn máy tính trong các máy tính tự lắp ráp hiện nay trên thị trường Việt Nam là các nguồn chất lượng thấp hoặc ở mức trung bình Hiệu suất các nguồn này chỉ đạt nhỏ hơn 50-70%

- Đa số các nguồn máy tính chất lượng từ loại thấp cho đến cao cấp hiện nay đều là các nguồn dạng tự động làm việc mà không cần can thiệp bởi phần mềm hay con người (ngoại trừ công tắc bật tắt, công tắc gạt đặt mức điện áp,

cơ chế mở của bo mạch chủ) Tuy nhiên có một số loại nguồn đặc biệt có thể cho phép người sử dụng can thiệp vào quá trình làm việc, thiết lập các thông

số điện áp đầu ra thông qua phần mềm điều khiển Các nguồn này cho phép tinh chỉnh chế độ làm việc, theo dõi công suất Hãng Gigabyte(Đài Loan) mới đây (thời điểm 2007) tung ra một số model cho phép thực hiện điều này

- Nguồn máy tính là một bộ phận biến đổi điện áp, sử dụng các linh kiện điện

tử nên thường sinh ra nhiệt Vấn đề giải nhiệt (hoặc gọi một cách khác là tản nhiệt) trong nguồn máy tính rất được các hãng sản xuất coi trọng

- Các linh kiện điện tử cần tản nhiệt cưỡng bức (gắn tấm tản nhiệt):

• Tranzitor: Hai (hoặc nhiều hơn) tranzitor công suất đầu tiên

• Các đi ốt nắn thành dòng một chiều

• Cầu chỉnh lưu đầu vào (thường không gắn tản nhiệt đối với các nguồn công suất thấp) hoặc 04 đi ốt chỉnh lưu cầu

- Các linh kiện khác không cần giải nhiệt hoặc giải nhiệt tự nhiên bằng luồng gió cưỡng bức qua nguồn: IC (ít toả nhiệt), tụ điện , điện trở (thường), biến