1 Napájení PC, UPS. Technické vybavení osobních počítačů

Transkript

1 1 Napájení PC, UPS Napájecí zdroj má za úkol napájet veškeré komponenty počítače (základní desku, procesor, paměti, přídavné karty, pevné disky a mechaniky). Napájecí zdroje jsou stejnosměrné, jsou to spínané zdroje pro trvalý provoz od 65 do 1000W. Celý zdroj je chlazen ventilátorem. U kvalitních a výkonných zdrojů se používá ventilátor o průměru 12 cm nebo větší. To umožní nižší otáčky ventilátoru a tím i výrazně menší hluk při provozu. Jednotlivé výstupy jsou zabezpečeny proti přepětí a zkratu. Nastane-li přetížení nebo přepětí, ss výstupy jsou odpojeny po celou dobu trvání tohoto nežádoucího stavu. Účinnost dnešních nejdražších zdrojů se blíží k 90%. Tyto zdroje se nejméně zahřívají. Běžná účinnost levnějších zdrojů se pohybuje okolo 75%. Princip činnosti Zdroj je napájen z běžné rozvodné elektrické sítě napětím 230V o kmitočtu 50Hz. Toto napětí je nejdříve usměrněno a následně filtrováno. Napětí je dále vedeno na spínací tranzistory, které střídavě přepínají toto napětí na primární vinutí transformátoru s opakovací frekvencí okolo 40kHz. Na sekundárních vinutí transformátoru se indukují napětí jednotlivých větví. Výstupní napětí je následně usměrněno a filtrováno pomocí tlumivek a kondensátorů. Napětí všech větví zdroje prochází přes vyrovnávací tlumivku, která zajišťuje to, že při zatížení jedné větve se nezvýší napětí ostatních nezatížených větví. Existují dva druhy napájecích zdrojů. - AT Zdroj spínaný mechanicky. Od zdroje vedou kabely s 230V k vypínači na přední straně počítačové skříně. - ATX Zdroj spínaný elektronicky. Síťové napětí 230V ve zdroji končí a činnost zdroje je ovládána pomocným vodičem s nízkým napětím. Tím se odstraní nepříjemné rušení, které by způsoboval kabel se síťovým napětím, zvýší se bezpečnost, protože jakékoliv síťové napětí končí ve zdroji a nehrozí zde nebezpečí zkratu. Elektronicky ovládaný zdroj pracuje na trochu odlišném principu než zdroj AT. Pokud zdroj AT vypneme, přestane dodávat proud do všech částí počítače. Pokud vypneme zdroj ATX, také přeruší dodávku proudu, ale jeden jeho vodič zůstane stále pod napětím. Tento vodič vede právě k vypínacímu a zapínacímu tlačítku na přední straně počítačové skříně. Zdroj AT Zdroj ATX 1

2 Popis údajů na štítku zdroje Power supply for - typ napájecího zdroje (AT, ATX) Output max - výstupní výkon (W) Input - vstupní parametry Output - výstupní parametry zdroje s průběžnou zásuvkou (např. pro monitor) DC output - výstupní stejnosměrné parametry Power switch - síťový vypínač termal fan control - řízení otáček chladícího ventilátoru Main Power konektor Používá se k napájení všech částí základní desky (základní deska, procesor, paměti, přídavné karty). Konektor je pouze jeden. Obsahuje celkem 20 vodičů, umístěných ve dvou řadách Power Good Stand By V Soft On/Off -5V oranžová oranžová bílá fialová oranžová hnědá zelená modrá 2

3 + 12V Power konektor Používá se k napájení napěťových regulátorů základních desek s procesorem Pentium4, které vytváří napětí pro procesor. Pirepheral Power konektor Používá se pro napájení optických mechanik, pevných disků, větráků. Floppy Drive Power konektor Používá se pro napájení disketové mechaniky. Orientační maximální spotřeba jednotlivých komponent počítače Komponenta Maximální spotřeba Použitá napěťová větev Procesor Pentium III Procesor Pentium 4 AGP grafická karta PCI Express karta Běžná PCI karta Síťová karta Disketová mechanika CD, DVD Pevný disk Základní deska (bez CPU a RAM) Operační paměť RAM Přídavný větrák 40W W 30W 75W 10W 4W 5W 25W 25W 40W 8W na 128MB 5W a a a 3

4 UPS UPS (Uninterruptible Power Supply) je zdroj nepřetržitého napájení. Jejich funkcí je krátkodobě překlenout dočasné výpadky dodávky energie. Úlohou UPS je chránit data a citlivá zařízení před poškozením vlivem nepředvídaných událostí na síti, jako jsou šumy, rázy, napěťové špičky, poklesy napětí nebo úplné výpadky. UPS uchovávají energii v akumulátorech, ze kterých při výpadku energie začne vyrábět střídavé napětí 230V. Princip činnosti Záložní zdroje nepřetržitého napájení jsou rozděleny do tří skupin a to podle technologie, kterou využívají. UPS kategorie off-line přepíná pomocí relé odběr na záložní měnič, který je napájený z akumulátorů. Dochází ke krátkodobému výpadku napájení (cca 4ms). Tento krátkodobý výpadek nemá žádný vliv na zálohované zařízení. UPS kategorie on-line napájí spotřebič prostřednictvím měniče trvale z akumulátorů, které jsou současně dobíjeny ze sítě. UPS provádí stabilizaci a filtraci napětí. V případě výpadku či poklesu napětí dodávají akumulátory energii bez jakéhokoliv přerušení. UPS kategorie on-line napájí spotřebič prostřednictvím měniče trvale z akumulátorů, které jsou současně dobíjeny ze sítě. Dochází ke krátkodobému výpadku napájení (cca 4ms). Tento krátkodobý výpadek nemá žádný vliv na zálohované zařízení. Off-line UPS Tento typ UPS patří mezi nejlevnější záložní zdroje. V okamžiku, kdy je v elektrorozvodné síti dostatečně vysoké napětí, tak se počítač napájí v podstatě přímo z ní, tj. bez účasti jakýchkoliv filtrů či elektroniky v UPS (viz schéma). V případě, že hodnota vstupního napětí vybočí z nastavených mezí, přichází na řadu napájení z akumulátoru, které bohužel nemá sinusový průběh. Off-line UPS se povětšinou skládá z: - jednoduchého nabíjecího obvodu s usměrňovačem akumulátorů - jednoduchého střídače s povětšinou lichoběžníkovým výstupem 4

5 Line-interactive UPS Tato kategorie záložních zdrojů se vyčlenila poměrně nedávno. Původně se totiž rozlišovali pouze on-line UPS, které napájí zátěž pouze z akumulátorů, a off-line UPS, které napájí zátěž částečně z elektrorozvodné sítě a částečně z akumulátorů. Line-interactive UPS zátěž napájí za běžných podmínek z elektrorozvodné sítě, ale výstupní napětí si upravuje. Úpravy spočívají v tom, že je schopna si pomocí filtrů očistit výstupní proud od šumů a v případě potřeby si také poradí s podpětím či přepětím bez účasti akumulátoru. Line-interactive UPS jsou pravděpodobně tou nejvhodnější kategorií záložních zdrojů pro použití všude tam, kde chcete mít jistotu, že vaše elektronika a počítače jsou dostatečně chráněny a nepotřebujete zrovna přesné sinusové napájení o přesně stanoveném výstupním napětí (s minimální odchylkou). Tyto UPS jsou tedy vhodné pro nejširší použití od zálohy domácího počítače až po zálohu celé sítě. On-line UPS Tento typ UPS je nejdražší. Zátěž je vždy napájena pouze z akumulátorů. Jedinou výjimkou je výměna akumulátorů, kdy, pokud má UPS tzv. hot-swap akumulátory (vyměnitelné za provozu), je zátěž napájena přímo z elektrorozvodné sítě za účasti výstupního filtru. Při provozu vstupní proud projde základním filtrem a usměrňovačem. Přijde do nabíjecího obvodu, který akumulátor téměř neustále a relativně malým proudem dobíjí. Z akumulátoru pak přes střídač se sinusovým výstupem vychází proud o pevně stanovené frekvenci 50Hz a napětí 230V (s menšími odchylkami). Tento proud pak může ještě projít výstupním filtrem. 5

6 1 Akumulátory ve výpočetní a digitální technice Ve výpočetní a digitální technice se používá velké množství zdrojů elektrické energie. Jedním ze zdrojů, ať už hlavních nebo pomocných, jsou akumulátory. Akumulátory vyžadují pro svoji dlouhodobou funkčnost správnou techniku nabíjení a údržbu. Rozdělení akumulátorů 6 - olověný (Pb); - stříbro-zinkový; - alkalický; - niklkadmiový (NiCd) - niklmetalhydridový (NiMH) - lithiový - lithiumiontový (Li-Ion) - lithiumpolymerový (Li-Pol) Všechny tyto akumulátory převádějí chemickou energii na elektrickou. Z hlediska konstrukce mají vždy tři základní komponenty kladný pól (anodu), záporný pól (katodu) a elektrolit. Elektrolit je zpravidla nějaký roztok, který umožňuje pohyb elektronů mezi elektrodami uvnitř akumulátoru. Kromě olověných akumulátorů, které najdou ve výpočetní technice uplatnění zejména v záložních zdrojích UPS mají největší využití akumulátory alkalické a lithiové. Alkalické akumulátory Nejčastěji se používají akumulátory NiCd a NiMH. U těchto akumulátorů dochází časem k usazování krystalických nánosů na elektrodách, což se projevuje jako tzv. paměťový efekt u NiCd nebo efekt líné baterie u NiMH. Stává se to zejména tehdy, pokud tyto akumulátory dobíjíme ne zcela vybité. Opakovaným úplným vybitím a nabitím můžeme tento efekt výrazně potlačit. Akumulátory NiCd i NiMH mají napětí 1,2 V. Kladnou elektrodu mají z hydroxidu niklu, zápornou elektrodu má akumulátor NiCd z jedovatého kadmia a NiMH ze slitiny vázající vodík. Jako elektrolit je použit hydroxid draselný. Výhody NiCd - vysoká proudová zatížitelnost - odolnost vůči mrazu až do -15 C - rychlejší nabíjení - cena Nevýhody NiCd - malá kapacita - velká hmotnost

7 - paměťový efekt - sklon k samovybíjení Výhody NiMH - menší samovybíjení - velká kapacita Nevýhody NiMH - efekt líné baterie - pomalé nabíjení - cena Lithiové akumulátory Tyto akumulátory postupně vytlačují alkalické akumulátory. Používají u většiny mobilních přístrojů, jako jsou digitální fotoaparáty, mobilní telefony, MP3 přehrávače, GPS navigace a další. Jejich obrovskou výhodou je velmi velká kapacita při malé velikosti. Další výhodou je, že se dají jednoduše vyrábět v libovolných tvarech a velikostech (platí pro lithiopolymerové akumulátory). Nevýhodou je použití vysoce reaktivního a vznětlivého lithia. Kladná elektroda je většinou z lithiokobaltového oxidu, záporná elektroda ze sloučenin grafitu a jako elektrolyt se používají organická rozpouštědla ethylkarbonát nebo propylen. V akumulátoru je zalit mikročip s potřebnými senzory, který zabraňuje přehřátí a roztržení článku v případě přebíjení. Akumulátory mají napětí 3,6 V. Li-Pol (ochranný obvod mikročip lze umístit mimo akumulátor) Li-Ion Výhody lithiových akumulátorů - vyšší kapacita než u NiMH - téměř žádný paměťový efekt - před nabíjením je není nutno vybíjet - relativně odolné vůči mrazu Nevýhody lithiových akumulátorů - vyšší výrobní cena - rychlé stárnutí článku (po cca 2 letech mají přibližně poloviční kapacitu) 7