Dlaczego braki są tak szkodliwe?

Czytałem Czy ochrona przeciwprzepięciowa jest rzeczywiście potrzebna? i cóż, chciałbym wiedzieć, dlaczego braki są tak szkodliwe. Wyjaśnienie dawało, że „kondensatory przekraczają napięcie znamionowe”. Nie ma to jednak sensu, jeśli moc dochodząca do zasilacza jest mniejsza niż normalne napięcie. Co dzieje się z zasilaczem w przypadku awarii zasilania, aby go uszkodzić?

Czy w nowoczesnych zasilaczach jest wbudowana jakaś ochrona, aby zapobiec takim uszkodzeniom? Czy istnieje inny sposób ochrony komputera w warunkach awarii zasilania niż użycie zasilacza UPS?

Przerwa w dostawie prądu jest stanem podnapięciowym, gdy zasilanie prądem przemiennym spada poniżej wartości nominalnej o około 10% (w większości miejsc nominalne znaczenie to 110-120 lub 220-240). Tak więc w USA zanik napięcia można zdefiniować jako napięcie prądu przemiennego spadające poniżej 99 V. Specyfikacja Intel dla zasilaczy ATX określa, że ​​napięcia między 90 a 135, a 180 i 265 powinny umożliwiać prawidłowe działanie zasilacza ( sekcja 3.1 ), więc zasilacz będzie nadal działał normalnie, nawet w przypadku zauważalnego zaniku zasilania.

Niektóre osoby uwzględniają również bardzo krótkie przerwy w dostawie prądu (poniżej 30 ms lub około 2 cykli prądu przemiennego) jako przerwy w dostawie, ponieważ żarówki w tym czasie na krótko, ale widocznie, przygasną, podobnie jak w warunkach rzeczywistego spadku napięcia.

W obu przypadkach Intel definiuje je jako warunki podnapięciowe i omawia, jakie wymagania musi spełniać zasilacz ATX w takich warunkach w sekcji 3.1.3 Przewodnika projektowania zasilaczy ATX12V firmy Intel

Zasilacz powinien zawierać zespół obwodów zabezpieczających, tak aby przyłożenie napięcia wejściowego poniżej minimum określonego w sekcji 3.1 tabela 1 nie spowodowało uszkodzenia zasilacza.

Zazwyczaj zasilacze mają sekcję wejściową złożoną z szeregu interesujących obwodów, które na koniec dostarczają około 308 V prądu przemiennego do transformatora, który następnie zasila obwody regulacji i kondycjonowania. Obwody te faktycznie stanowią główną podstawę obwodów regulacyjnych, a jeśli używasz mniej niż pełnej mocy zasilacza, możesz być w stanie poradzić sobie ze znacznymi warunkami podnapięciowymi bez utraty regulacji po stronie wyjściowej.

Kiedy nastąpi przerwa w dostawie prądu, zasilacz będzie próbował dostarczyć prąd znamionowy tak długo, jak to będzie możliwe (w oparciu o przychodzące napięcie i prąd), a jeśli nie będzie w stanie utrzymać regulacji, usunie Power Goodsygnał z płyty głównej. Płyta główna jest odpowiedzialna za deasserowanie power onsygnału docierającego do zasilacza, a jeśli zrobi to na czas, zasilacz spadnie z wyjścia i wyłączy się.

Jeśli płyta główna tego nie zrobi, zasilacz powinien upaść na szyny, gdy zbyt daleko wykracza poza regulację, ale nie jest to gwarantowane, a przy zasilaczach niskiej jakości może się zdarzyć, że podzespoły i płyta główna również znajdą się w stanie zbyt niskiego napięcia.

To, co dzieje się w tym momencie, zależy od tego, jak solidne są te komponenty, ale ogólnie rzecz biorąc, nie jest to dobre, ponieważ komponenty próbują działać przy niższym napięciu. Należy pamiętać, że zasilacz zawsze dostarcza krótkotrwałe obniżenie napięcia na krótki czas (obniżenie mocy wyjściowej do 0 nie jest natychmiastowe), więc bardzo krótkie okresy spadku napięcia są w porządku. Problem występuje tylko wtedy, gdy zasilacz pozostaje w stanie podnapięciowym przez długi okres czasu, co może wystąpić tylko wtedy, gdy zasilacz i płyta główna nie zdadzą sobie sprawy z problemu i nadal będą działać.

Należy pamiętać, że specyfikacja Intela to niewiele więcej niż wytyczne branżowe i nie ma jednostek certyfikujących. Nawet dobre zasilacze nie są zobowiązane żadną umową do przestrzegania jej zaleceń. Moja ulubiona sekcja to 3.1.5. Widziałem wiele zasilaczy, zarówno drogich, jak i tanich, które nie przestrzegają tych zaleceń!

Konkretne efekty różnią się w zależności od omawianego komponentu, co jest naprawdę osobną dyskusją.

CIASTO. P = IE. Moc = aktualne czasy Napięcie. Jeśli więc napięcie jest mniejsze w przypadku zaniku zasilania, zasilacz musi pobierać więcej prądu z sieci, aby utrzymać tę samą moc. Tak więc, podczas gdy naprężenie napięciowe jest rzeczywiście niższe podczas zaniku napięcia, naprężenie prądowe zasilacza wzrasta, aby to zrekompensować.

Oto krótka odpowiedź: w przypadku zaniku zasilania zasilacze muszą pobierać większy prąd, aby skompensować niższe napięcie zasilania, co jest bardzo stresujące dla tranzystorów, przewodów, diod itp. Stają się również mniej wydajne, co powoduje, że pobierają jeszcze więcej prądu , pogarszając problem.

Oto długa odpowiedź: większość komputerów (jeśli nie wszystkie) korzysta z zasilaczy impulsowych. Gdyby wszystkie elementy zasilacza (tranzystory, transformatory, kondensatory, diody itp.) Były całkowicie idealne, zasilacz mógłby przyjąć dowolne napięcie wejściowe i wytworzyć pożądaną moc przy pożądanym napięciu (o ile prąd był wystarczający na dane wejściowe w celu utrzymania P = IE).

Ale wszystkie te elementy są dalekie od ideału, więc wszystkie rzeczywiste zasilacze są zaprojektowane do pracy w określonym zakresie, powiedzmy od 80 do 240 V. Nawet w zakresie, dla którego zostały zaprojektowane, sprawność (procent mocy na wyjściu zasilacza w porównaniu do mocy potrzebnej na wejściu) ma tendencję do opadania w miarę obniżania się napięcia wejściowego. Anandtech ma dobry przykładowy wykres . Oś X to moc na wyjściu zasilania (obciążenie), a oś Y to wydajność. Ten zasilacz jest najbardziej wydajny przy około 300 W.

Przy napięciu 120 V jest około 85% sprawny, więc pobiera około 300 W / 0,85 = 353 W ze ściany, aby uzyskać 300 W mocy wyjściowej. „Brakujące” 53 W jest rozpraszane w obwodzie zasilającym (dlatego twój komputer ma wentylatory - to tak, jakby twój zasilacz miał 50W żarówkę w małym pudełku i musi odprowadzić ciepło). Ponieważ P = IE, możemy obliczyć potrzebny prąd z wtyczki ściennej do wytworzenia 300 W mocy wyjściowej ze 120 V: I = P / E = 353 W / 120 V = 2,9 A. (Ignoruję współczynnik mocy, aby wyjaśnienie było proste).

Dla wejścia 230 V sprawność wynosi 87%, więc wyciąga tylko 344 W ze ściany, co jest miłe. Ponieważ napięcie jest o wiele wyższe, pobór prądu jest znacznie niższy: 344 W / 230 V = 1,5 A.

Ale w warunkach zaniku napięcia 90 V wydajność jest nawet gorsza niż przy 120 V: 83,5%. Więc teraz zasilacz pobiera ze ściany 300 W / 0,835 = 359 W. I pobiera jeszcze więcej prądu: 359 W / 90 V = 4A!

Teraz to prawdopodobnie nie obciążyłoby tego zasilacza, ponieważ ma moc 650 W. Rzućmy więc okiem na to, co dzieje się przy 650 W. Dla 120 V jest 82% sprawny -> 793 W i 6,6 A od ściany. Ale wydajność jest jeszcze gorsza przy dużych obciążeniach, więc dla 90 V widzimy wydajność 78,5%, co oznacza 828 W i 9,2 A! Nawet jeśli sprawność pozostanie na poziomie 78,5%, jeśli zanik napięcia spadnie do 80 V, trzeba będzie pobrać 10,3 A. To dużo prądu; rzeczy zaczynają się topić, jeśli nie są zaprojektowane do tego rodzaju prądu.

Dlatego właśnie przerwy w dostawie energii są złe dla zasilaczy. Muszą pobierać więcej prądu, aby skompensować niższe napięcie zasilania, co jest bardzo stresujące dla tranzystorów, drutów, diod itp. Stają się również mniej wydajne, co powoduje, że pobierają jeszcze więcej prądu, co pogarsza problem.

Przykład bonusu: Oto krótkie wyjaśnienie, dlaczego zasilacze stają się mniej wydajne w miarę spadku napięcia zasilania. Wszystkie elementy elektroniczne (tranzystory, transformatory, a nawet ślady na płytce drukowanej) mają pewien równoważny opór. Kiedy tranzystor mocy jest włączony „on”, ma on „rezystancję”, powiedzmy 0,05 oma. Kiedy więc 3A prądu przepływa przez ten tranzystor, widzi 3A * 0,05 oma = 0,15 V na swoich przewodach. To 0,15 V * 3 A = 0,45 W mocy, która jest teraz rozpraszana w tym tranzystorze. To marnotrawstwo energii - to ciepło w zasilaczu, a nie moc do odbiornika. To nasz scenariusz 300 W, scenariusz 120 V.

W scenariuszu braku zasilania o mocy 90 V, 300 W tranzystor ma taką samą rezystancję 0,05 oma, ale teraz przepływa przez niego prąd 4 A, więc spada on 4A * 0,05 oma = 0,2 V. To 0,2 V * 4 A = 0,8 W mocy, która jest teraz rozpraszana w tym tranzystorze. Tak więc każde urządzenie (i jest ich wiele) w zasilaczu, które ma na sobie spadek rezystancji / napięcia, będzie generowało więcej ciepła (marnowanej mocy), gdy spadnie napięcie zasilania. Zatem ogólnie i w granicach rozsądku, wyższe napięcia zapewniają wyższą wydajność.