 | |
|
Setiap komputer memiliki satu – unit catu daya (PSU). Komputer meja, stasiun kerja, perlengkapan permainan, laptop, dan server semuanya dilengkapi catu daya. Tujuan utama catu daya PC adalah untuk mengubah daya listrik AC menjadi tegangan DC yang diperlukan untuk mengoperasikan berbagai komponen di dalam komputer (motherboard, CPU, kartu video, memori, drive, dll.).
Dan catu daya harus dirancang dan dibangun untuk menjamin kompatibilitas, stabilitas, dan kontrol sebagai permulaan.
Pernahkah Anda bertanya-tanya apa yang terjadi di dalam catu daya? Kami sering menggunakan frasa seperti " topologi modern dengan Konverter Resonansi LLC setengah jembatan, Rektifikasi Sinkron dengan pengatur tegangan DC-ke-DC ".
Lalu apa maksudnya dan apa sih topologi itu? Kami senang Anda bertanya – baca terus dan kami akan menjelaskannya!
Catatan: salah satu tantangan yang kami hadapi saat menerbitkan artikel “teori umum” adalah menemukan keseimbangan yang tepat antara detail teknis dan kesalahan. Selama bertahun-tahun kami telah menerima banyak komentar tentang ulasan catu daya PCPerspective.
Beberapa pembaca menginginkan rincian teknis lebih lanjut sementara yang lain mengeluh karena terlalu banyak. Kami mencoba menemukan keseimbangan yang tepat agar tetap informatif dan berguna tanpa membuat rata-rata penggemar PC bosan dengan hal-hal teknis.
Faktor Bentuk
Faktor bentuk adalah spesifikasi yang mendefinisikan persyaratan fisik dan kelistrikan yang harus dipenuhi oleh daya PC untuk memastikan kompatibilitas lintas pasar. Hal ini memungkinkan banyak produsen catu daya setelah pasar bersaing untuk mendapatkan biaya pembuatan dan peningkatan khusus Anda.
Saat Anda membeli catu daya PC, Anda dapat yakin bahwa catu daya tersebut kompatibel (secara fisik dan elektrik) dengan PC Anda.
Misalnya, salah satu Panduan Desain Catu Daya terbaru untuk Faktor Bentuk Platform Desktop (dibuat oleh Intel) adalah Panduan Desain Catu Daya ATX12V, v2.4 , yang menjelaskan spesifikasi untuk faktor bentuk ATX.
(Faktor Bentuk SFX, SFX-L dan ATX)
(Dimensi Fisik ATX)
(PSU Gaya Server 1U dan 2U)
Selain ATX, dua faktor bentuk populer lainnya yang digunakan pada PC desktop mencakup faktor bentuk SFX dan SFX-L (diperpanjang atau diperpanjang). Faktor bentuk 1U dan 2U paling sering digunakan di server.
Di sisi lain, catu daya pada komputer laptop tipikal adalah hak milik pabrikan tertentu (terpasang pada papan utama dengan atau tanpa catu daya eksternal) dan tidak dapat dipertukarkan.
Diagram di atas menunjukkan spesifikasi kelistrikan dasar untuk catu daya PC pada umumnya. Listrik AC masuk; lima tegangan DC terpisah keluar. Perhatikan bagian +5VSB adalah konverter daya kecil yang berdiri sendiri di dalam PSU yang lebih besar.
Outputnya tetap menyala kapan saja PSU tersambung ke sumber listrik AC dengan saklar daya utama dihidupkan, bahkan ketika PSU utama dalam keadaan standby dan komputer dimatikan.
Kontrol Dasar
Agar dapat berguna, pasokan listrik harus dikontrol. Mampu menghidupkan dan mematikan catu daya merupakan kebutuhan dasar. Kebanyakan catu daya PC menggunakan saklar on-off manual untuk mengontrol daya listrik AC yang masuk ke PSU. Setelah dinyalakan, PSU dan komputer (motherboard) bekerja sama untuk menghidupkan PSU dan PC dan mematikannya atas permintaan pengguna.
Saat Anda menekan tombol power-on utama di bagian depan komputer Anda, ia akan mengirimkan sinyal ke motherboard yang kemudian mengirimkan sinyal melalui pin #16 (kabel hijau) di konektor ATX 24-pin ke catu daya.
Ketika pin #16 menjadi rendah (ground), PSU menyala, melakukan beberapa tes mandiri internal dengan cepat, dan kemudian mengirimkan sinyal kembali ke motherboard melalui pin #8 (kabel abu-abu) untuk memberi tahu "Daya Baik".
Selama pin #16 tetap rendah, PSU akan tetap menyala. Di akhir prosedur mematikan PC, pin #16 tidak lagi ditarik rendah dan dibiarkan melayang tinggi, yang menyebabkan PSU mati.
Catu daya PC juga dilengkapi sejumlah sirkuit pengaman internal yang memantau pengoperasian catu daya: Proteksi Arus Lebih (OCP), Proteksi Tegangan Lebih (OVP), Proteksi Tegangan Bawah (UVP), Proteksi Daya Berlebih (OPP), Proteksi Suhu Berlebih ( OTP), dan Perlindungan Sirkuit Pendek (SCP).
Jika salah satu parameter ini melebihi titik setel yang diprogram, sinyal kesalahan akan dipicu untuk mematikan PSU.
Dasar-Dasar Switching
Catu Daya Linier
Dahulu sebelum transistor digunakan secara luas, pasokan listrik didasarkan pada desain linier. Catu daya linier digunakan di radio dan TV awal bersama dengan semua jenis perangkat listrik. Alat-alat tersebut masih digunakan sampai sekarang dan sering kali berukuran besar, berat, dan relatif mahal, serta tidak efisien (60~70%).
Misalnya catu daya linier pada foto di atas memberikan output 12 VDC dengan kapasitas 6A (72W) dan beratnya sekitar dua belas pon dan dijual seharga $250 USD. Coba bayangkan seperti apa PSU 600W atau lebih!
Desain dan konstruksi catu daya linier relatif sederhana. Daya listrik AC masuk melalui trafo besar yang kemudian diturunkan ke tingkat tegangan DC yang diperlukan. Gulungan/keran terpisah diperlukan untuk setiap tegangan. Pada kenyataannya beberapa transformator dapat digunakan untuk menyediakan lima keluaran DC yang berbeda. Tegangan yang diturunkan tetap AC sehingga sekarang perlu disearahkan – diubah menjadi DC berdenyut. Langkah terakhir adalah menyaring keluaran dan menghaluskan sisa riak dan kebisingan AC. Kebanyakan desain modern sekarang menyertakan regulator untuk membantu mengontrol tegangan DC. Faktor pembatas utama dari catu daya linier adalah ia beroperasi pada frekuensi listrik AC; 50-60 Hz tergantung lokasi Anda. Transformator, kapasitor, dan induktor harus berukuran sangat besar agar dapat beroperasi pada rentang frekuensi ini.
Perhatikan pada diagram di atas ada dua desain berbeda yang ditunjukkan untuk tahap penyearah: jembatan setengah dan jembatan penuh. Topologi ini juga berlaku untuk peralihan catu daya meskipun MOSFET digunakan sebagai pengganti dioda.
Catu Daya Mode Sakelar (SMPS)
Catu daya PC modern didasarkan pada desain catu daya mode sakelar dan biasanya disebut sebagai catu daya switching. Keuntungan utama dari catu daya switching adalah bahwa ia dirancang untuk beroperasi pada frekuensi yang jauh lebih tinggi (50 kHz – 1 MHz). Dan karena ukuran transformator, kapasitor dan induktor berbanding terbalik dengan frekuensi operasi; komponen-komponen ini bisa jauh lebih kecil, lebih ringan, dan lebih murah.
(Atas izin diam!)
Catu daya peralihan PC mencapai prestasi ini dalam beberapa langkah. Pertama, daya listrik AC yang masuk disaring (#1) untuk menghilangkan sisa Interferensi Elektromagnetik (EMI). Kemudian Faktor Daya (PF) secara aktif disesuaikan untuk mempertahankan PF mendekati 1,00; bentuk gelombang arus dijaga agar selaras dengan bentuk gelombang tegangan (#2). Selanjutnya daya yang masuk diubah menjadi DC (#3). Transistor daya berdaya tinggi dan efisiensi tinggi (MOSFET) digunakan untuk mengubah DC kembali menjadi AC (#4) dengan “menghidupkan dan mematikan” daya DC pada frekuensi tinggi (~400 kHz). Transistor switching ini dikendalikan menggunakan sinyal umpan balik (IC) Modulasi Lebar Pulsa (PWM) dari output untuk membantu mengatur tegangan akhir. Gelombang persegi frekuensi tinggi yang dihasilkan kemudian diturunkan ke tegangan yang diperlukan oleh transformator (#5) dan kemudian disearahkan, diubah menjadi DC (#6) dan disaring untuk keluaran (#7). Ini adalah gambaran umum pengoperasian SMPS yang sangat disederhanakan. Sekarang, mari kita lihat seperti apa bagian dalam catu daya PC modern.
Dibawah tenda
Bagian dari proses peninjauan di PCPerspective melibatkan pembukaan casing PSU (ya, ini membatalkan garansi pabrik) dan memberi Anda kesempatan kepada pembaca untuk melihat seperti apa bagian dalamnya. Melihat sekilas bagian bawah kapnya dapat mengungkapkan banyak hal tentang PSU (konstruksi, komponen, tata letak, penyolderan, dll.).
(Atas izin diam!)
Kedua diagram ini menyoroti beberapa komponen dan fungsinya di dalam 850W, diamlah! Catu daya Straight Power 11 yang baru-baru ini kami ulas (ditunjukkan pada foto di atas).
(Atas izin diam!)
(Atas izin diam!)
Kami sering menyertakan beberapa kata-kata yang menjelaskan topologi (bagaimana rangkaian dirancang dan dirakit) seperti: “ pabrikan menggunakan desain LLC Resonant Converter setengah jembatan modern, Zero Switching (ZS), Synchronous Rectification (SR) bersama dengan DC -Konverter ke DC terletak pada kartu anak untuk memberikan pengaturan tegangan yang baik dan efisiensi tinggi ”. Sekarang mari kita gali lebih dalam dan lihat apa arti sebenarnya.
Konverter Resonansi Half-Bridge LLC
(Atas izin diam!)
Pernyataan awal berisi dua bagian, setengah jembatan dan LLC Resonant Converter. Perhatikan kemiripannya dengan rangkaian penyearah setengah jembatan dasar yang ditunjukkan sebelumnya pada bagian catu daya linier. (Empat MOSFET secara bergantian dapat digunakan untuk membuat rangkaian penyearah jembatan penuh.)
Konfigurasi setengah jembatan menggunakan dua MOSFET untuk menghasilkan arus bolak-balik gelombang persegi frekuensi tinggi, yang kemudian dihaluskan oleh rangkaian LLC untuk menghasilkan gelombang sinus yang hampir sempurna sebelum masuk ke trafo utama. Istilah LLC berasal dari (LLC=L1+L2+C1) induktor, induktor, kapasitor (L adalah induktor dan C adalah kapasitor).
Ini disebut sebagai Konverter Resonansi LLC. Konfigurasi induktor dan kapasitor pada bagian LLC membentuk rangkaian tangki yang memiliki frekuensi resonansi . LLC Resonant Converter di PC SMPS biasanya beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi daripada frekuensi tangki resonansi.
Beberapa desain LLC tingkat lanjut tidak hanya menggunakan Modulasi Lebar Pulsa (PWM) untuk menggerakkan transistor switching MOSFET, tetapi juga menggunakan Modulasi Frekuensi (FM) untuk menyesuaikan transformasi daya. Dimulai pada beban 10 hingga 15 persen, sirkuit LLC berkinerja tinggi memodifikasi frekuensi, menghasilkan efisiensi yang lebih baik, dengan hasil optimal dicapai dengan frekuensi lebih tinggi pada beban rendah dan frekuensi lebih rendah pada beban tinggi.
Peralihan Nol
(Atas izin diam!)
Banyak desain modern berperforma tinggi dilengkapi Zero Tegangan Switching (ZVS) dan Zero Current Switching (ZCS) untuk meningkatkan efisiensi pengoperasian. Untuk mencapai hal ini, titik peralihan sebenarnya terjadi pada voltase nol, arus nol (lingkaran hijau pada diagram di atas). Topologi tradisional tidak dapat mengontrol titik peralihan secara tepat, sehingga mengakibatkan kerugian peralihan (lingkaran merah). Peralihan dengan ZVS/ZCS tidak menimbulkan kerugian dan menghasilkan peningkatan efisiensi.
Rektifikasi Sinkron (SR)
(Atas izin diam!)
Setelah trafo utama, arus bolak-balik disearahkan dan menjadi arus DC yang dibutuhkan komponen PC. Hal ini dicapai dengan menggunakan dua atau lebih (tergantung pada watt) MOSFET yang disinkronkan menggunakan IC khusus.
Konverter DC-ke-DC
(Atas izin diam!)
Sebagian besar catu daya PC modern menggunakan konverter DC-ke-DC untuk menghasilkan output +3,3 VDC dan +5 VDC. Alih-alih menghasilkan tiga tegangan utama (3.3V, 5V dan 12V) dari AC di sisi primer, output 3.3V dan 5V dihasilkan dari 12 VDC setelah transformator utama. Hal ini membantu meningkatkan efisiensi pasokan listrik secara keseluruhan.
+12V Konfigurasi Rel Tunggal vs. Beberapa Rel
Pada tahun 2003, salah satu catu daya pertama yang saya ulas adalah unit Seasonic 350W. Ini menampilkan output +12V tunggal yang dapat menghasilkan hingga 19A (228W).
PSU yang diilustrasikan di atas menggunakan rel +12V tunggal yang mampu menyalurkan daya ke semua kabel/konektor keluaran. Titik setel OCP gabungan adalah 80A. Tidak masalah kabel/konektor mana yang digunakan untuk memberi daya pada komponen. 80A penuh tersedia untuk semua dari mereka.
Selama bertahun-tahun seiring dengan meningkatnya permintaan daya PC, kapasitas output pasokan daya PC juga meningkat, terutama pada output +12V. Namun, timbul kekhawatiran bahwa daya yang terlalu besar dapat berbahaya (arc-flash, bola api, logam cair yang keluar) jika terjadi korsleting atau gangguan lainnya. Pedoman diusulkan untuk membatasi keluaran tunggal hingga 240 watt. Ketika diterapkan pada rel +12V, hasilnya menjadi 20A (12V x 20A = 240W). Produsen mulai membangun pasokan listrik dengan beberapa output +12V untuk memenuhi persyaratan tersebut. Perhatikan bahwa ini adalah pedoman, bukan undang-undang.
Namun tidak lama kemudian banyak pengguna akhir mulai mengalami masalah dengan pasokan listrik yang mati dan tampaknya tidak berfungsi. Dalam banyak kasus, masalahnya adalah satu output +12V kelebihan beban meskipun total kapasitas +12V tidak digunakan.
Dalam contoh ini PSU memiliki beberapa rel +12V, masing-masing dilindungi oleh pembatas arusnya sendiri. Tidak ada output tunggal yang dapat menarik lebih dari 20A atau 30A sementara titik setel OCP gabungan masih terbatas pada 80A.
Masalah terbesar dengan konfigurasi multi-rel adalah produsen harus memutuskan bagaimana total daya +12V akan didistribusikan. Untuk catu daya keluaran multi-rel, mereka harus memutuskan keluaran +12V mana yang akan menyuplai semua kabel dan konektor spesifik yang didedikasikan untuk memberi daya pada komponen (CPU, adaptor grafis, drive, dll.). Hal ini pada akhirnya menentukan berapa banyak daya yang tersedia untuk setiap komponen. Jika konfigurasi pengguna akhir tidak sesuai dengan norma pabrikan maka masalah dapat terjadi.
Akhirnya sebagian besar produsen kembali ke output rel tunggal +12V. Misalnya PSU Corsair AX1600i dapat menghasilkan hingga 133,3A (1600W) pada output tunggal +12V. (Catatan: AX1600i memberi pengguna opsi untuk menetapkan batas arus pada rel +12V jika diinginkan.)
Saat ini sirkuit perlindungan keselamatan di sebagian besar PSU tingkat antusias dan modern cukup cepat sehingga mereka dapat mendeteksi kesalahan (SCP atau OCP) dan mematikan catu daya sebelum energi yang cukup dapat disalurkan untuk menyebabkan masalah berbahaya. Misalnya, ketika saya menguji rangkaian Perlindungan Sirkuit Pendek di catu daya, biasanya sirkuit tersebut bereaksi sangat cepat sehingga saya hampir tidak mendapat percikan api saat membuat arus pendek langsung (tetapi saya masih memakai kacamata pengaman).
Catu Daya yang “ Baik ”.
Dan yang tak kalah pentingnya, pertanyaan yang sering diajukan kepada kita adalah “Apa yang membuat pasokan listrik bagus ?” Berikut beberapa hal yang perlu dipertimbangkan saat berbelanja PSU.
Persyaratan:
• Kompatibilitas: ATX12V v2.4, sesuai EPS 2.92
• Suhu pengoperasian maksimum: sebaiknya 50°C
• Regulasi voltase: dalam ±2% dari pedoman yang direkomendasikan
• Ripple AC & peredam bising: di bawah 50% dari pedoman yang direkomendasikan
• Efisiensi: setidaknya bersertifikasi 80 Plus Gold (92%)
• Kebisingan: setidaknya kipas 120mm dengan bantalan yang baik (FDB atau Ball)
• Semua kapasitor buatan Jepang dengan rating 105°C
• Garansi: minimal 5 tahun
• Harga: berkeliling untuk mencari yang paling sesuai dengan anggaran Anda
Opsional:
• Mode tanpa kipas (dengan daya rendah hingga menengah)
• Kabel semi-modular atau modular penuh
• Ukuran: tetap menggunakan ATX kecuali Anda memerlukan unit yang lebih kecil
Catatan: Saya pribadi lebih suka kipas pendingin PSU berputar setiap saat agar sedikit udara tetap bergerak. Dan untuk kabel, saya lebih memilih semi-modular dengan ATX 24-pin tetap, CPU 4+4 pin, dan sepasang PCI-E tetap. Segala sesuatu yang lain bisa bersifat modular.
Sebagai penutup, kami berharap artikel ini menarik dan informatif bagi Anda. Dan sekali lagi, terima kasih kami untuk diam! karena mengizinkan kami menggunakan beberapa gambar mereka. Nyalakan!
Diposting oleh Lee Garbutt | 27 Februari 2020 |
Tidak ada komentar:
Posting Komentar
Catatan: Hanya anggota dari blog ini yang dapat mengirim komentar.