سیر تا پیاز منبع تغذیه کامپیوتر ؛ آشنایی با کانکتورها و کابل های پاور

آنقدر استفاده از پاور در یک سیستم کامپیوتری و الکترونیکی بدیهی است که شاید تا به امروز کمتر به تاریخچه و تغییرات استفاده از انواع منابع تغذیه در یک سیستم کامپیوتری فکر کرده باشیم. اما شاید برای شما جالب باشد که بدانید اولین پاورهای کامپیوتر به شکل امروزی برای اولین بار حدود 35 سال پیش در یک سیستم کامپیوتری مورد استفاده قرار گرفتند.

در ادامه روند توسعه و تجاری سازی هر چه بیشتر کامپیوترها برای استفاده خانگی و گسترده، پاورهای AT با پاورهای ATX جایگزین شدند که از سال ۱۹۹۵ تاکنون در سیستم‌های رده کاربر مورد استفاده قرار می‌گیرند. این پاورها یک کانکتور ۲۰ یا ۲۴ پین دارند که به صورت یکپارچه به برد اصلی متصل می‌شود. همچنین دکمه‌ی روشن و خاموش کردن کامپیوتر به برد اصلی وصل می‌شود و پاور را با سیگنال PS_ON فعال و غیرفعال می‌کند. توان این پاورها بالاتر از پاورهای AT است و علاوه بر ۵ ولت و ۱۲ ولت، ۳.۳ ولت، 5- ولت، 12- ولت، ۵VSB را هم تامین می‌کنند.

اما شاید برای شما نیز جالب باشد که اولین منابع تغذیه سوئیچینگ به نظر می‌رسد که اولین بار از منابع تغذیه سوئیچینگ در کامپیوترها در سال ۱۹۷۷ توسط شرکت اپل مورد استفاده قرار گرفتند. این شرکت از یک منبع تغذیه سوئیچینگ برای ساخت یک کامپیوتر خانگی کوچک و سبک به نام Apple II استفاده کرد. این منبع تغذیه دارای راندمان بالا، اندازه کوچک و وزن کم بود و می‌توانست ولتاژ‌های مختلف DC را تولید کرده و به مرور به الگویی بسیار موفق برای ساخت پاورهای کامپیوتر امروزی تبدیل شد.

اما شاید برای شما هم این سوال پیش آمده باشد که قبل از کامپیوترهای سیلیکونی، منبع تغذیه کامپیوترهای لامپی چطور بوده است؟ در یک جمله باید گفت که منبع تغذیه کامپیوترهای لامپی یا کامپیوترهای نسل اول، متفاوت از منبع تغذیه کامپیوترهای امروزی بوده است. همانطور که می‌دانید این کامپیوترها از لامپ‌های الکترونی به‌جای ترانزیستورها برای پردازش داده‌ها استفاده می‌کردند، لامپ‌های الکترونی نیاز به ولتاژ بالا (در حد کیلو ولت) و جریان کم داشتند. بنابراین منبع تغذیه کامپیوترهای لامپی باید توانایی تبدیل برق شهری با ولتاژ پایین و جریان زیاد به برق با ولتاژ بالا و جریان کم را داشته باشند.

منبع تغذیه کامپیوترهای لامپی از چندین مرحله تشکیل می‌شد. اولین مرحله، یک ترانسفورماتور بود که ولتاژ برق شهری را افزایش می‌داد. در دومین مرحله، یک مدار یکسوساز، جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل کرده و پس از آن چندین خازن و مقاومت بودند که ولتاژ و جریان را به سطح مناسب برای لامپ‌های الکترونی تنظیم می‌کردند. در چهارمین مرحله، چندین سوئیچ و رله در داخل منبغ تغذیه جای می‌گرفتند که وظیفه آنها عملیات قطع و وصل کننده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ ‌برق بود.

منبع تغذیه کامپیوترهای لامپی حجم بزرگی داشته و صدا و گرمای زیادی نیز تولید می‌کردند. این منابع تذیه همچنین از نظر اطمینان و دقت نیز به هیچ عنوان در حد و اندازه پاورهای امروز نبودند و به همین دلیل، با پیدایش ترانزیستورها، به سرعت از رده خارج شدند.

علت استفاده از پاور در کامپیوتر

به بیانی ساده و به دور از پیچیدگی، برق شهری یا پریز خانه شما از نوع جریان متناوب (AC) است که هر ثانیه بین 50 تا 60 بار جهت جریان آن تغییر می کند. در طرف مقابل جریان مستقیم چنین نوسانی ندارد و همواره جهت جریان آن ثابت است.

 همانطور که اشاره شد، یکی از دلایل ضرورت پاور برای هر سیستمی، نیاز قطعات مختلف کامپیوتر به ولتاژهای متفاوت است. برای نمونه پردازنده به ولتاژ کمتر از 2 ولت نیاز دارد اما مادربرد و کارت گرافیک به ولتاژ 12 ولتی نیاز دارند، بنابراین استفاده از پاور اجتناب ناپذیر است و نمی توان مستقیماً قطعات کامپیوتر را با برق شهری تغذیه کرد.

یک پاور افزون بر مدار یکسو کننده (مبدل AC به DC)، دارای قطعات و مدارهایی به منظور تولید ولتاژهای مختلف چون 12 ولت، 5 ولت، 3.3 ولت و نظیر آنها است. همچنین یک پاور دارای انواع مختلفی از کانکتورها است که هر یک مخصوص تغذیه قطعات مشخصی هستند. بنابراین شاهد انواع کابل ها و کانکتورها در پاور کامپیوتر هستیم.

در لپ تاپ ها یا کامپیوترهایی که آداپتور تغذیه اکسترنال دارند، تنها یک ولتاژ 12 یا 9 ولتی وجود دارد، اما ولتاژهای دیگر توسط مادربرد خود لپ تاپ و درون آن ایجاد می شود.

توان منبع تغذیه و روش مشخص شدن آن

تنها معیار انتخاب پاور توسط اکثر کاربران، توان یا همان وات است که به صورت یک عدد چون 350W بیان می شود. توان پاور اگرچه معیار مهمی در انتخاب پاور است، اما همه چیز نیست و چه بسا معیارهای دیگری موجب تغییر انتخاب و اولویت ما شوند. در این بخش می‌خواهیم با بررسی این مورد به این نتیجه برسیم که چرا نباید برای انتخاب پاور فقط به توان یا واتیج آن توجه کرد.

پاورها دارای یک توان اسمی هستند که امروزه غالباً بیانگر توانایی آنها در تامین پیوسته (بی وقفه) همان توان است. برای نمونه یک پاور 600 واتی باید قادر باشد بی وقفه همین مقدار توان را تامین کند. به این عدد توان پیوسته (Continuous Power) گفته می شود که همان توان حقیقی پاور است.

دقت داشته باشید پاورهایی هم وجود دارند که توان حقیقی آنها کمتر است که اصطلاحاً غیر واقعی خوانده می شوند. برای نمونه یک پاور 600 واتی فیک ممکن است در اصل قادر به تامین پیوسته 350 وات باشد و 600 وات صرفاً برای مدت کوتاهی در حد چند میلی ثانیه تا چند ثانیه قابل تامین باشد. به همین دلیل این پاورها واقعی نیستند و نباید با دیدن یک پاور 1000 واتی فیک وسوسه شوید.

همواره باید پاور انتخابی قادر به تامین پیوسته توان مورد نیاز سیستم شما باشد و در عین حال با مجموع مصرف آن تناسب داشته باشد. برای نمونه اگر بیشینه مصرف قطعات کامپیوتر شما جمعاً به 590 وات می رسد، شما نباید پاور 600 واتی انتخاب کنید و حداقل به یک پاور 650 الی 750 واتی نیاز دارید.

طبق آنچه که اشاره شد، برای مشخص شدن توان پاور باید به عدد توان حقیقی یا پیوسته توجه کنید و فریب توان لحظه ای یا Peak را نخورید.

یک پاور کامپیوتر همواره بخشی از انرژی را هدر می دهد که به آن تلفات انرژی گفته می شود. برای نمونه ممکن است یک پاور 600 واتی در اصل 750 وات برق از سیم کشی خانه شما برای تامین 600 وات بگیرد که 150 وات آن عمدتاً به صورت گرما تلف می شود.

میزان تلفات و هدر رفت انرژی در پاورها متفاوت است و پاورهای ارزان راندمان پایین تری دارند. در عین حال پاورهای با راندمان انرژی خیلی بالا، معمولاً گران قیمت و پیشرفته هستند.

در حال حاضر حداقل راندمان انرژی پذیرفته شده برای یک پاور استاندارد، 80 درصد و بیشینه آن 96 است. البته درست همانطور که مصرف بنزین موتور خودرو شما در دور موتورهای مختلف متفاوت است، راندمان انرژی پاورها هم همواره ثابت نیست و به میزان انرژی مصرفی سیستم و ولتاژ برق شهری بستگی دارد. برای درک بهتر این تفاوت ها به جدول زیر توجه کنید که راندمان انرژی را در زمان مصرف 10، 20، 50 و 100 درصد توان اسمی پاور نشان می دهد.

برای اینکه بازدهی پاورها به آسانی قابل تشخیص باشد، یک برچسب یا نوشته به نام ۸۰PLUS روی آنها درج می شود که بیانگر راندمان انرژی آنها است. پایین ترین راندمان انرژی ۸۰PLUS خالی است و بالاترین آن به ۸۰PLUS Titanum می رسد. به این ترتیب یک پاور برنز راندمان پایین تری نسبت به یک پاور گُلد، پلاتینیوم یا تیتانیوم دارد.

استاندارد ۸۰PLUS توسط شرکتی مستقل به محصولات (پاورها) اعطا می شود. این استاندارد بازدهی پاورها را در آزمایشگاه بررسی و در صورتی که شرایط لازم را داشته باشند گواهی مربوطه را به محصول اعطا می‌کند. این گواهی در ۶ رده به محصولات اعطا می‌شود که در جدول بالا انواع و مقدار بازدهی هر گواهی را مشاهده می کنید. برای نمونه حداقل بازدهی پاوری که استاندارد ۸۰PLUS GOLD (طلایی) را داشته باشد، ۸۷% خواهد بود.

پاورهای گلد تقریباً برای تمامی مصارف مناسب هستند، این در حالی است که میان دو پاور 600 واتی گلد ممکن است از نظر کیفیت، ایمنی، دقت تبدیل ولتاژ، طول عمر و موارد بیشتری تفاوت چشمگیری وجود داشته باشد. بنابراین همواره به دنبال پاورهای مرغوب و باکیفیت باشید.

استانداردهای ذیل مخصوص پاورها بوده و نوع کانکتورها و سایز دستگاه را تشریح می‌کنند. استاندارد‌های رایج کنونی ATX12V 2.x و EPS12V هستند.

استاندارد AT

این استاندارد در سال ۱۹۸۴ توسط IBM معرفی شد که مخفف عبارت Advanced Technology است. این استاندارد تا اواسط دهه ۹۰ میلادی که استاندارد ATX معرفی شد رایج‌ترین استاندارد کامپیوتر به شمار می‌رفت. پاورها با این استاندارد ولتاژهای ۱۲+، ۵+، ۵- و ۱۲- را تولید می‌کردند. در این استاندارد از کانکتور مادربرد ۱۲ پین، کانکتور فلاپی درایو و کانکتور عمومی (مولکس) استفاده می‌شد.

استاندارد ATX

اینتل در سال ۱۹۹۶ استاندارد ATX که مخفف عبارت Advanced Technology eXtended را معرفی نمود. این استاندارد به جهت مزایایی که داشت به سرعت جای استاندارد AT را گرفت و به علت اینکه تمامی تعاریف و ملزومات استاندارد قبل را بازتعریف کرده بود، استاندارد AT به کلی کنار گذاشته شد (در این استاندارد حتی سایز قطعات نیز عوض شده بود که کیس های قدیمی نیز پشتیبانی نمی شدند).

ولتاژ استند بای این ویژگی را به ارمغان آورد که بدون فشردن کلید پاور می توانستید کامپیوتر را خاموش کنید. در این استاندارد از کانکتور مادربرد ۲۰ پین، کانکتور فلاپی و کانکتور عمومی (مولکس) استفاده می شد. سایز پاور در این استاندارد نهایتا به ۱۵۰mm (عرض)، ۸۶mm (ارتفاع) و ۱۴۰mm (عمق) می رسد.

استاندارد ATX12V 1.x

با ورود پردازنده‌های مدرن که مصرف بالاتری داشتند جریان بیشتری هم مورد نیاز بود. این استاندارد دو کانکتور جدید را معرفی نمود: کانکتور ATX12V با ۴ پین و کانکتور کمکی مادربرد با ۶ پین (که پیش‌تر توضیح داده شد). البته با ظهور دستگاه‌های SATA، استاندارد ATX12V 1.3، کانکتور تغذیه SATA را نیز معرفی نمود.

استاندارد ATX12V 2.x

این استاندارد با معرفی شکاف توسعه PCI Express رونمایی شد. کانکتور مادربرد در این استاندارد از ۲۰ به ۲۴ پین افزایش پیدا کرد و کابل کمکی PCI Express یا همان PEG نیز برای تغذیه کارت های گرافیک پرمصرف معرفی شد. این استاندارد هم اکنون نیز رایج است.

استاندارد EPS12V

این استاندارد توسط SSI که مخفف Server System Infrastructure است برای سرور های سطح پایین طراحی شده است. نسخه کنونی این استاندارد از تمامی کانکتورهای استاندارد ATX12V 2.x به همراه یک کانکتور اضافه به نام EPS12V استفاده می کند. از آنجایی که این استاندارد تنها یک کانکتور اضافه دارد، خیلی از تولید کنندگان پاورها استاندارد ATX12v 2.x و EPS12V را یکجا ارائه می کنند.

در مادربردهای کنونی یک یا چند کانکتور EPS12V برای تغذیه پردازنده مورد استفاده قرار می گیرد و باید حتماً به مادربرد وصل شود.

معرفی کانکتورهای پاور کامپیوتر

ولتاژ کابل های پاور کامپیوتر و شکل و ظاهر آنها متفاوت است. یک پاور می تواند چندین نوع کابل و کانکتور داشته باشد که تعداد آنها بسته به توان پاور متفاوت است. با این حال هر پاور دست کم چهار نوع کانکتور تغذیه دارد که ولتاژ و شکل آنها در تصویر زیر آمده است.

کانکتور مادربرد (۲۴ پین) جهت تغذیه مادربرد و قطعات مختلف متصل به آن استفاده می‌شود. بزرگترین کانکتوری که در همه سیستم ها و پاورها وجود دارد، همین کانکتور است و شناسایی آن به راحتی از روی اندازه بزرگ آن انجام می‌شود. این کانکتور از ۲۴ پین تشکیل شده است که به صورت ۲۰ به علاوه ۴ پین طراحی می شود. در نتیجه برای مادربرد های قدیمی که از ۲۰ پین استفاده می کردند هم قابل استفاده خواهد بود.

نام استاندارد مادربردهایی که از ۲۴ پین استفاده می کنند ATX12V 2.x است و در مورد ۲۰ پین ATX12V 1.X است. البته پردازنده های پرقدرت و پرمصرف امروزی برای تامین توان مورد نیاز خود به کانکتور جداگانه EPS نیاز دارند. این کانکتور بر حسب مقدار مصرف پردازنده و نوع مادربرد می تواند ۴ یا ۸ پین داشته باشد.

کانکتور PCI-E

این کانکتور برای کارت های گرافیک با توان بیش از 75 وات طراحی شده است. از کانکتور PCI-E برای تامین انرژی کارت گرافیک استفاده می‌شود و هر کارت بسته به میزان مصرف انرژی به یک یا چند کانکتور PCI E نیاز دارد.

کانکتور پاور PCI-E دارای دو نسخه 6 و 8 پینی است که دومی می تواند به صورت 2+6 پین نیز باشد. تعداد این کانکتور به قدرت پاور بستگی دارد و هرچه که پاور قوی تر باشد، تعداد بیشتری هم کانکتور تغذیه PCI-E دارد. در عین حال کارت های گرافیک پرمصرف تر هم تعداد بیشتری PCI-E نیاز دارند.

کانکتور EPS12V

این کانکتور ۸ پین دارد و همانند کانکتور ATX12V مسئول تغذیه پردازنده است. ۴ پین اضافه شده در این کانکتور امکان رساندن جریان بیشتر به پردازنده‌های رده بالا و پرمصرف امروزی را فراهم می‌کند.

اما تمامی مادربردها و حتی تمامی پاورها به این کانکتور مجهز نیستند. در برخی پاورهای قدیمی این پورت به صورت ترکیبی از دو کانکتور ATX12V در نظر گرفته شده است. با این که می توان از دو کانکتور ATX12V به جای کانکتور EPS12V استفاده نمود، اما توصیه نمی شود و در صورتی که مادربرد و پاور شما هر دو این کانکتور را دارند، استفاده کانکتور EPS12V توصیه می‌شود.

کانکتور SATA

کانکتور مولکس

این کانکتور که در حال حاضر برای تغذیه قطعات جانبی مانند فن‌ها و نورپردازی کیس از آن استفاده می شود، در دستگاه های ATA که کابل دیتای آنها موازی بود و اصطلاحا به آن IDE می گفتند استفاده می‌شد.

هارددیسک‌های IDE و دیوارهای نوری قدیمی از این کانکتور استفاده می‌کردند. قبل از استفاده سازندگان قطعات از PEG، از این کانکتور جهت تغذیه کارت گرافیک نیز استفاده می‌شد. این کانکتور از سال ۱۹۸۱ توسط IBM استفاده شد و IBM این کانکتورها را از شرکتی به نام Molex خریداری می کرد. خیلی از افراد هم اکنون اسم این کانکتور را مولکس می دانند.

سیستم های محافظتی پاورهای امروزی

هرچه تعداد سیستم‌های حفاظتی یک پاور بیشتر باشد، آن پاور ایمن تر خواهد بود. اما بهتر است بدانید که طبق استاندارد ATX12v 2.x و EPS12V، فقط سیستم‌های حفاظتی OVP (یا Over Voltage Protection) و SCP (یا Short-Circuit Protection) و OCP (یا Over Current Protection) ضروری هستند. باقی سیستم‌های حفاظتی به دلخواه تولیدکننده برای پاور‌ها در نظر گرفته می‌شوند.

OVP برای محافظت از قطعات در برابر ولتاژ بیش از حد مجاز، SCP برای محافظت در برابر اتصال کوتاه و OCP برای محافظت در برابر عبور شدت جریان بیش از حد است.

سیستم های حفاظتی رایج پاورها به شرح ذیل هستند:

• سیستم SCP یا Short-Circuit Protection: این سیستم زمانی عمل خواهد کرد که اتصال کوتاه در خروجی‌های پاور اتفاق بیافتد.
• سیستم UVP یا Under Voltage Protection: این سیستم زمانی که ولتاژ یکی از خروجی‌ها (معمولا در لود زیاد) کمتر از مقدار مجاز شود، پاور را خاموش می‌کند.
• سیستم OVP یا Over Voltage Protection: این سیستم زمانی که ولتاژ یکی از خروجی‌ها بیشتر از مقدار مجاز شود، پاور را خاموش می‌کند.
• سیستم OCP یا Over Current Protection: این سیستم زمانی عمل خواهد کرد که جریان شاخه آن از مقدار مجاز فراتر برود.
• سیستم OPP یا Over Power Protection (نام دیگر OLP یا Over Load Protection): این سیستم زمانی که شما از توانی بیشتر از توان درج شده روی پاور استفاده کنید، وارد عمل می‌شود. البته این مقدار معمولا ۱۰% بیشتر از عدد درج شده روی پاور است.
• سیستم OTP یا Over Temperature Protection: این سیسم زمانی وارد عمل می‌شود که سنسورهای دمای نصب شده در پاور، دمایی بیشتر از حد مجاز را حس کنند.

فلسفه استفاده از سیستم حفاظتی در پاور، خاموش کردن آن در صورت بروز مشکل با هدف محافظت از قطعات سیستم و خود پاور است. این سیستم‌های حفاظتی به منظور جلوگیری از وارد آمدن صدمه جدی به پاور، قطعات کامپیوتر و حتی جلوگیری از آتش سوزی استفاده می‌شوند. مثلا اگر شما توانی بیشتر از آنچه پاور برای آن طراحی شده است از پاور بکشید، قطعات پاور به حدی داغ می‌شوند که احتمال آتش سوزی وجود دارد. در این سناریو سیستم OPP وارد عمل شده و پاور را خاموش می‌کند.

جزئیات هر سیستم حفاظتی بسته به نظر تولید کننده تعیین می‌شود. مثلا برای سیستم OVP استاندارد ATX12v 2.0 و EPS12V مقداری را به صورت پیشنهاد ارائه کرده است اما انتخاب آن مقادیر یا بیشتر و کمتر آن بسته به نظر تولید کننده است.

متاسفانه برخی از تولید کننده‌گان پاورهای ارزان قیمت مقادیر را به حدی بیشتر یا کمتر در نظر می‌گیرند که ریسک پیش آمد خرابی و اختلال خیلی زیاد می‌شود. برای نمونه ممکن است یک پاور پروتکشن OVP داشته باشد اما حتی اگر ولتاژ از حد خطرناک هم عبور کند، وارد عمل نشود.

در یک مثال دیگر، سیستم OVP برای شاخه ۱۲+ ولت روی ۱۵+ تنظیم شده باشد (که عدد خیلی پرتی است) زمانی که ولتاژ خروجی حتی به ۱۴٫۵+ ولت هم برسد پاور خاموش نخواهد شد. یا مثلا در مبحث ریل‌های پاور در صورتی که از سیستم OCP با جریان بالاتر از حداکثر جریان مجاز رشته سیم مربوطه استفاده شود، عملا گویا سیستم OCP وجود ندارد و سیم پاور قبل از عمل کردن OCP ذوب می شود! این مشکل‌ها و محدوده‌های نامناسب معمولا در پاورهای ارزان قیمت و غیر استاندارد بسیار رایج است.