Arvuti toiteplokk

Arvuti toiteplokk (PSU, power supply unit) on seade, mis muundab elektrivõrgust saadava toitepinge arvuti elektroonikakomponentide toiteks sobivateks alalispingeteks. Tuntuim Eestis kavandatud ja toodetud arvuti toiteplokk on Juku toiteplokk, mida kriitikud hindasid töökindlaks ka võrgupinge kõikumise korral.

Sisendpinge

Arvuti toiteplokkide sisendpinge ehk toitepinge on Põhja-Ameerikas, jaoti Lõuna-Ameerikas, Jaapanis ja Taiwanis 100–127 V ning suuremas osas ülejäänud maailmast 220–240 V. Toiteplokki võib kahjustada, kui seda vale pinge juures kasutada. Enamik tänapäevastest arvutest saab töötada nii 110 V kui ka 220 V pingega. Selleks on toiteplokil kas automaatsed sensorid, mille abil suudab toiteplokk ära tunda, millise võrgupingega on hetkel tegemist, või on toiteplokil toitepingevalikuks lüliti. Lüliti olemasolu korral peab kasutaja ise valima lülitiasendi vastavalt kohalikule võrgupingele (kas 230 V või 115 V). Sageli on vajalikud juhised kirjas toitejuhtme pistikupesa kõrval. Toiteploki tagaküljel võib olla käivitusnupp, mille väljalülitamisel ei saa enam ükski arvuti komponent voolu ning arvuti ei käivitu. Kui see lüliti on aga sisse lülitatud, on arvuti ooterežiimil ja tarbib vähesel määral elektrit. Harilikult on toiteploki tagaküljel ka toitekaablipesa.

Väljundpinged

Arvutikomponentide jaoks kasutatavad alalispinged on järgmised:

• +3,3 V,
• +5 V,
• +12 V ja
• vähemal määral ka −5 V ja −12 V.

Jahutus

Toiteploki sees on tavaliselt üks, harva kaks ventilaatorit, mis jahutavad seadme sees olevaid detaile.

Standardid

Enamik toiteplokke on ehitatud ATX emaplaadi spetsifikatsioonile. ATX toiteplokid on disainitud nii, et nad suudavad lülituda sisse ja välja emaplaadilt saabuvaid signaale kasutades. Samuti suudavad ATX toiteplokid kasutada mitmeid tänapäevaseid funktsioone nagu näiteks puhkerežiim. Kõige uuem ATX-i toiteplokkide spetsifikatsioon on versioon 2.31.

Toiteploki võimsus

Toiteplokkide hindamisel on põhiliseks parameetriks toiteploki maksimaalne väljundvõimsus. Tänapäeval on tavalise koduarvuti keskmine toiteploki väljundvõimsus 300–500 W. Mängu- ja teiste jõudlust vajavate arvutite toiteplokkide väljundvõimsusteks võib olla 800–1400 W. Kõige võimsamate toiteplokkide väljundvõimsusteks on kuni 2 kW ja need on mõeldud serverite või ekstreemsete jõudlusarvutite (mitmete protsessorite, kõvaketaste ja graafikakaartidega) toiteks.

Toiteplokki kasutades tuleb väljundvõimsuse juures aga arvestada voolubilanssi kõikide eri toitepingete lõikes. Kui vanemates toiteplokkides oli enamik võimsusest suunatud +5 V väljundpingele, siis tänapäevasemate toiteplokkide juures on suurem osa väljundivõimsusest suunatud +12 V väljundpingele. See tähendab, et isegi kui toiteploki väljundivõimsuse järgi peaks toiteplokk sobima, siis ei tähenda see, et toiteplokk suudab arvutikomponente ära toita. Seega tuleb arvutit ja toiteplokki ühendades jälgida, et kõik pinged annaksid vastavas koguses voolu.

Näiteks:

• toiteploki 1 väljundvõimsus on 550 W ja sellest 25 A on 12 V väljundpingel;
• toiteploki 2 väljundvõimsus on 450 W ja sellest 33 A on 12 V väljundpingel.

Kui arvuti vajab rohkem võimsust 12 V väljundkanalil, võib osutuda sobivamaks madalama koguvõimsusega toiteplokk.

Samuti tuleb arvestada toiteploki väljundvõimsuse juures, et toiteplokk ei pruugi võimaldada samaaegselt kasutada kõiki olemasolevaid väljundpingeid maksimaalselt.

Toiteploki spetsifikatsiooni parameetrid

• Input Range/Operating Range – tegu on pingevahemikuga, kus toiteplokk suudab töötada.
• Minimum Load Current – minimaalne koormusvool amprites iga väljundi kohta.
• Maximum Load Current – maksimaalne koormusvool amprites iga väljundi kohta.
• Mean Time Between Failures (MTBF) / Mean Time to Failure (MTTF) – keskmine ajavahemik tundides, mille toiteplokk peaks üle elama ilma tõrgeteta. Selle järgi mõõdetakse tavaliselt toiteploki eluiga. Toiteploki eluea pikendamiseks kasutavad tootjad paremaid elektrilisi komponente ja paremat jahutussüsteemi. Toiteploki tüüpiline eluiga on 100 000 tundi. Parimate toiteplokkide eluiga on kuni 400 000 tundi.

• Peak Inrush Current – maksimaalne vool amprites vahetult pärast toiteploki sisselülitamist. Mida väiksema vooluga on tegemist, seda väiksem on termiline šokk.
• Hold-up Time – keskmine ajavahemik millisekundites, mille vältel on pärast voolukatkestuse algust veel väljundis pinged normi piires. Tüüpiliseks väärtuseks on 17 ms. Hold-up Time aitab üle elada lühiajalisi voolukatkestusi.
• Line Regulation – näitab, milline väljundpinge muutus kaasneb vahelduvpinge muutusega sisendis minimaalsest lubatavast maksimaalse lubatavani. Hea toiteplokk peaks tagama väljundpinged ± 1% tolerantsiga kogu toitepingevahemikus.
• Load Regulation / Voltage Load Regulation – näitab, milline väljundpinge muutus kaasneb koormusvoolu muutusega minimaalsest maksimaalseni. Tüüpiline väärtus vahemikus +/1 1% kuni +/- 5%
• Transient Response – keskmine ajavahemik millisekundites, mis kulub väljundpinge normikohase väärtuse taastamiseks pärast järsku muutust arvutipoolses tarbimises.
• Overvoltage Protection (ülepinge kaitse) – väljundpinge, mille väärtuse juures toiteplokk või konkreetne pinge välja lülitub.
• Kasutegur – toiteploki efektiivsus näitab, mitu protsenti toiteploki pakutavast voolust läheb tegelikult kasutusse ja mitu protsenti muutub soojuseks. Arvutite toiteplokkide keskmine efektiivsus on umbes 70–80%. See tähendab, et kui 75% efektiivne toiteplokk peab tootma 75 W alalisvoolu, vajab see toiteplokk 100 W vahelduvvoolu ja ülejäänud 25 W muutub soojuseks. Kõrgema kvaliteediga toiteplokkidel on ka suurem efektiivsus ja seega need raiskavad ka vähem energiat nii alalisvoolu tootmiseks kui ka tekkiva soojuse mahajahutamiseks. Toiteplokkide efektiivsus on eriti oluline teema serverite halduses, kus tarbitakse väga palju energiat. 2010. aastaks on keskmise serveri toiteplokkide efektiivsus ületanud 90%. Näiteks on Google'i serverite toiteplokid on 90%-lise efektiivsusega, HP serverite toiteplokid aga juba 94%-lise efektiivsusega. Et vältida ülemäärast energia kulutamist, on oluline valida arvuti jaoks võimalikult sobiv toiteplokk.

• Ripple – kõigi AC-efektide keskmine mõju väljundpingetele, väljundmüra. Tavaliselt väljendatakse kas protsendina nimipingest või tipust-tipuni pingevahemikuna.
• Power factor – kasulike võimsuse suhe näivvõimsusse. Näitab, mitu protsenti elektrienergiast läheb kasuliku võimsusena arvesse.

Välimus

Enamik toiteplokke näeb välja nagu risttahukakujuline metallkarp. Ühel pool metallkarpi on C13-pesa toitekaabli jaoks ja ava ventilaatori jaoks. Teiselt poolt metallkarpi väljuvad mitmed erinevad juhtmed. Lisaks võib toiteplokk omada lülitit erinevate võrgupingete vahel vahetamiseks. Toiteploki küljel võib olla ka tehnilist informatsiooni toiteploki kohta (nt maksimaalne väljundvõimsus, ohutusnõuded, sertifikaadimärgid). Tuntumad sertifikaadimärgid ohutuse kohta on UL-märk, GS-märk, TÜV, NEMKO, SEMKO, DEMKO, FIMKO, CCC, CSA, VDE, GOST R ja BSMI. Tuntuimad sertifikaadimärgid elektromagnetiline häire (EMI/RFI) kohta on CE märk, FCC ja C-tick. CE-märk on Euroopas ja Indias müüdavatel elektroonikaseadmetel kohustuslik. CE-märk näitab, et arvuti toiteplokk ei kiirga välja lubatust rohkem häireid, on immuunne väliste häirete suhtes ja et toiteplokki on ohutu kasutada 230 V pingega elektrisüsteemis.

Kontaktide värvide tähendused

Toiteplokk koos erinevate ühendustega

Toiteplokkide ühendused sisaldavad erivärvilisi juhtmeid. Eri värvi juhtmed tähendavad järgmist:

• must – +0 V, maandus
• punane – pingega +5 V
• valge – pingega −5 V
• kollane – pingega +12 V
• sinine – pingega −12 V
• oranž – pingega +3,3 V
• lilla – +5 V SB (puhkerežiimi pinge). Pinge, mis säilib ka arvuti väljalülitamisel esipaneeli lülitist.
• roheline – PS_ON, pinge, mis võimaldab toitepingeid tarkvaraliselt sisse ja välja lülitada. Kui PS_ON signaal on kõrge(suurem kui 2 V), on toiteploki väljundpinge on välja. Kui PS_ON signaali pinge langeb alla 0,8 V, lülitub toiteplokk sisse ja väljundpinged muutuvad kättesaadavaks.
• hall – pinged korras signaal, mis näitab kas kõik väljundpinged on jõudnud nominaalsete väärtusteni. Kui toitepinged langevad etteantud piiridest väljapoole, siis vastavalt arvuti seadmetele lülitub arvuti, kas välja või toimub automaatne alglaadimine. Odavamates toiteplokkides võib see signaal olla pidevalt kõrge. Sellised toiteplokid ei võimalda piisavat arvutikomponentide ohutust ja teatud juhul on võimalik arvutikomponentide kahjustumine.

Ühendused

Nimetus	Kirjeldus	Ühendused	Joonis
ATX Main power connector	See kaabel on mõeldud emaplaadi toiteks. Tegu on toiteploki kõige suurema ühendusega. Esimene versioon omab 20 kontakti ja teine versioon 24 kontakti. Mehaaniliselt sobib 24-kontaktine ühendus ka 20-kontaktise ühenduse pessa ja vastupidi. 20-kontaktist ühendust ei ole aga soovitatav kasutada 24-kontaktises pistikupesas, kui ei ole võimalik lisada juurde eraldi 4-kontaktist ühendust, sest puuduvad pinged võivad tekitada kahjustusi.	20-kontaktises ühenduses on 1 kollane, 1 hall, 1 lilla, 1 valge, 1 sinine ja 1 roheline 3 oranži, 4 punast ja 7 musta kontakti. 24-kontaktises ühenduses on lisaks eelmistele veel 1 kollane, 1 oranž, 1 punane ja 1 must kontakt.
ATX12V connector	Tegu on 4-kontaktilise ühendusega, mida kasutatakse emaplaadile täiendava 12 V toite andmiseks. Selle pingega toidet kasutavad emaplaadil VRM- ahelad protsessori jaoks vajalike madalamate pingete saamiseks. Ühenduse puudumisel ei pruugi protsessor voolupuudusest tööle hakata.	2 kollast ja 2 musta kontakti
8 pin EPS +12 volt power connector	8-kontaktiline ühendus, mis kujutab endast põhimõtteliselt kahte ATX12V connectorit. 8 pin EPS +12 volt power connector loodi arvutitele, mis kasutavad mitut lisavoolu vajavat protsessorit.	4 kollast ja 4 musta kontakti
4-pin Peripheral power connector (Molex pistik)	4-kontaktiline ühendus, mida kasutatakse perifeeriaseadmete toiteks. Seda ühendust läheb vaja näiteks Parallel-ATA-kõvakettal, CD-lugejal/kirjutil, DVD lugejal/kirjutil ja 5,25-tollise pehme ketta lugejal.	1 kollane, 1 punane ja 2 musta kontakti
4-pin Berg power connector (Mini-connector või Mini-Molex)	4-kontaktiline ühendus, mida kasutatakse 3,5-tolliste pehme ketta lugeja toiteks.	1 punane, 1 kollane ja 2 musta kontakti
Auxiliary power connectors	6-kontaktiline ühendus, mida on olemas mitut erinevat tüüpi. Nende eesmärk on tagada lisatoidet seal, kus seda vaja. Näiteks kasutatakse neid emaplaadile täiendava toite andmiseks. Kõrval oleval näitel on toodud ainult üks võimalikest variantidest.	Mitmeid erinevaid (kõrval: 2 oranži, 1 punane ja 3 musta kontakti)
SATA power connector	15-kontaktiline ühendus, mida kasutatakse SATA-kõvaketaste toiteks. Kui SATA power connector on puudu, siis võib tavaliselt kasutada 4-pin Peripheral power connectorit koos vastava üleminekujuhtmega, sest tänapäevased kõvakettad 3.3 V nimipinget ei kasuta.	3 oranži, 3 punast, 3 kollast ja 6 musta kontakti
6 pin PCI Express power connector	6-kontaktiline ühendus, mida tavaliselt kasutatakse PCI Express graafikakaartide 12 V lisatoite andmiseks.	3 kollast ja 3 musta kontakti
6+2 pin PCI Express power connector	8-kontaktiline ühendus, mis on loodud graafikakaartidele tagasiühilduvuse mõttes. Seda on võimalik kasutada kas 6-kontaktilise ühenduse või 8-kontaktilise ühendusena.	3 kollast ja 5 musta kontakti
C14 IEC connector	Toiteploki toiteks mõeldud ühendus. Selle ühenduse kaudu suunatakse võrgupinge toiteplokki.	2 vahelduva voolu kontakti ja 1 maanduse kontakt

AT vs ATX

AT (Advanced Technology) ja ATX (Advanced Technology eXtended) toiteplokkide vahel on kaks põhilist erinevust. Esiteks on ATX ja AT toiteplokkide emaplaatide jaoks mõeldud ühendused erinevad. Kui ATX kasutab 20- või 24-kontaktilist ühendust, siis AT kasutab 14- või 16-kontaktilist ühendust. Teiseks erineb nende toiteplokkide sisselülitamine. AT toiteplokkidest tuleb välja spetsiaalne juhe, mis on ühendatud arvutikorpuse ees oleva Power-on lülitiga. ATX toiteplokkidel on Power-on lüliti ühendatud emaplaadiga ja toiteploki tööle lülitamisel kasutatakse vastavat tarkvara.

Sülearvutid

Enamik sülearvutitest kasutab 25–200 W toiteplokke. Sülearvutid kasutavad lisaks välist toiteadapterit (AC adapter või "Power brick"). See muundab seinakontaktist saadava vahelduvpinge sülearvutile sobivaks alalispingeks (tavaliselt 19 V).

Serverid

Mõned serverid kasutavad toiteplokki, mis muundab võrgupinge ainult 12 V alalispingeks. Ülejäänud vajalikud alalispinged genereeritakse emaplaadil VRM abil.

Vaata ka

• Vaikne arvuti
• Impulsstoiteallikas