Bộ nguồn được dán nhãn theo công suất lớn nhất mà nó có thể cung cấp , ít nhất theo phương diện lí thuyết .

Một vấn đề là nhiều bộ nguồn không cung cấp đủ công suất như đã ghi trên nhãn , thông thường do nhà sản xuất đã  :

Hình 28 minh hoạ tác động của nhiệt độ tới cường độ dòng điện mà bộ nguồn tạo ra với Transistor FQA24N50 . Như bạn thấy Transistor này có thể tạo ra cường độ dòng điện 24A khi làm việc tại 25^oC , nhưng khi nhiệt độ tăng lên ( trục x ) thì cường độ dòng điện mà nó tạo ra sẽ giảm đi ( trục y ) . Tại nhiệt độ 100^oC cường độ dòng điện mà Transistor này tạo ra chỉ còn 15A , giảm đi 37.5% .

Với công thức Công suất = Điện áp x Cường độ dòng điện

Thì nếu Transistor này hoạ động với điện áp 12V thì công suất sẽ giảm xuống từ 288W ( 12V x 24A ) còn 180W ( 12V x 15A )

 

Hình 28

Với những nhà sản xuất nghiêm túc họ sẽ ghi nhiệt độ đi kèm theo công suất mà bộ nguồn sẽ tạo ra trên nhãn . Bạn có thể tìm thấy một số bộ nguồn trên thị trường mà những nhà sản xuất này bảo đảm rằng chúng sẽ tạo ra công suất ghi trên nhãn tại những nhiệt độ 40^oC , 45^oC và thậm trí là 50^oC . Nói một cách khác những nhà sản xuất có thể ghi công suất trên nhãn trong môi trường thực tế chứ không phải trong phòng thí nghiệm . Đó là thông số mà bạn nên quan tâm khi quyết định mua bộ nguồn .

Bạn có thể nghĩ rằng tổng công suất lớn nhất mà bộ nguồn có thể cung cấp chỉ đơn giản cộng những công suất lớn nhất tại mỗi đầu ra . Nhưng trong thực tế phép toán lại không đơn giản như vậy bởi vì tuỳ theo mạch điện bên trong của bộ nguồn làm việc như thế nào :

Những đầu ra điện áp dương chính ( +12V , +5V và +3.3V ) được dùng chung với một số linh kiện , công suất đầu ra lớn nhất của một điện áp nào đó chỉ có thể đạt được khi không có công suất tại những đầu ra còn lại .

Lấy ví dụ thực tế như trong hình 29 khi xem xét nhãn ghi công suất nguồn . Trên nhãn đó có ghi đầu ra +5V có thể cung cấp cường độ dòng điện lên tới 24A ( tương đương với 120W = 5V x 24A ) và đầu ra +3.3V có thể cung cấp cường độ dòng điện ra tới 24A ( tương đương với 79.2W = 3.3V x 24 A ) . Những công suất ra lớn nhất kết hợp được ghi trên nhãn chỉ là 155W , ít hơn so với con số cộng của hai công suất đầu ra ( 199.2W = 120W + 79.2W ) .

Cũng cùng với quan điểm như vậy với những đầu ra +12V . Theo Hình 29 , mỗi đầu ra +12V có thể cung cấp cường độ dòng điện lên tới 16A ( 192W = 12V x 16A ) nhưng công suất ra lớn nhất khi kết hợp những đầu ra +12V chỉ là 504W mà không phải là 768W ( 192W x 4 ) .

Và cuối cùng chúng ta kết hợp công suất +12V , +5V và +3.3V tại cùng một thời điểm cũng không đơn giản là cộng những công suất đầu ra kết hợp lớn nhất của +5V / +3.3V với +12V . Trong bộ nguồn ví dụ trên thì công suất kết hợp lớn nhất là 581W mà không phải là 659W ( 155W + 504W ) .

 

Hình 29 : Nhãn bộ nguồn thông thường

Cuối cùng chúng ta nói đến việc phân bổ công suất mà rất ít người nắm rõ về điều này . Hai bộ nguồn có cùng công suất lớn nhất nhưng lại có thể có sự phân bổ công suất khác nhau .

Ngày nay hầu hết máy tính sử dụng nhiều năng lượng từ những đầu ra +12V vì có hai linh kiện sử dụng nhiều điện năng nhất là Card màn hình và CPU . Chúng đều sử dụng tới những đầu ra +12V ( qua đầu nối ÉP12V / ATX12V và qua đầu nối nguồn PCIe ) .

Từ Hình 29 cho thấy công suất đầu ra +12V ( 504W ) nhiều hơn nhiều so với công suất đầu ra +3.3V/+5V ( 155W ) .

Bây giờ đến lượt xem xét nhãn ghi trên bộ nguồn trong Hình 30 . Bộ nguồn này Công suất và Cường độ dòng điện từ +5V / +3.3V nhiều hơn so với những đầu ra +12V , điều đó chứng tỏ rằng bộ nguồn này có thiết kế quá cũ và bạn không nên sử dụng .

Hình 30 : Nhãn của bộ nguồn theo thiết kế cũ

Nói tóm lại khi mua bộ nguồn bạn nên chọn công suất của +12V là cao hơn so với +5V / +3.3V

Cuối cùng bạn nên biết máy tính của bạn tiêu thụ công suất bao nhiêu trước khi bạn đi mua bộ nguồn . Có một số tính toán có sẵn trên mạng Internet để trợ giúp cho bạn việc này .

Chúng sửa máy tính tại nhà cũng khuyến cáo bạn nên chọn bộ nguồn sẽ làm việc với 40 – 60% so với công suất cực đại . Có hai nguyên nhân :

Sau khi tính toán công suất toàn bộ máy tính bạn hãy nhân kết quả này với 2 rồi đi mua bộ nguồn có công suất như vậy

Hiệu suất cho biết công suất của điện lưới đầu vào tạo ra được bao nhiêu công suất một chiều ( DC ) tại đầu ra . Hiệu suất được tính theo tỉ số

Hiệu suất = Công suất DC / Công suất AC

Ví dụ nếu máy tính của bạn tốn 250W và phải sử dụng 350W từ nguồn điện lưới đầu vào thì có nghĩa là hiệu suất bộ nguồn là 250 / 350 = 71.4%

Những bộ nguồn được cho là tốt sẽ cung cấp hiệu suất ít nhất là 80% và nếu có điều kiện bạn nên mua những loại bộ nguồn như vậy .

Bộ nguồn với hiệu suất cao hơn sẽ đem lại hai điều thuận lợi : Tiết kiệm điện năng hơn như vậy chi phí trả tiền điện ít đi và thứ hai là nhiệt lượng toả ra ít hơn khiến cho máy tính chạy mát hơn .

Hiệu suất của bộ nguồn thông thường tuân theo quy luật theo đường cong trong Hình 31 . Có nghĩa là Hiệu suất bộ nguồn cao nhất khi bộ nguồn cung cấp từ 40 – 60% công suất lớn nhất .

Hình 31 : Ví dụ về đường cong Hiệu suất

Bởi vì lí do này mà bạn nên mua bộ nguồn có công suất lớn nhất cao gấp hai lần so với công suất của toàn bộ hệ thống máy tính của bạn .

Nhiều nhà sản xuất không khuyến cáo bạn sử dụng công suất đầy đủ của bộ nguồn , nhưng bạn nên sử dụng khoảng 50% công suất lớn nhất của nó là tốt nhất và khi bạn sử dụng một thời gian dài thì sẽ thấy tiết kiệm được nhiều tiền điện và máy tính của bạn chạy sẽ mát hơn .

Tất cả thiết bị như Motor và Biến áp dùng hai kiểu công suất : Chủ động ( Active ) được đo theo đơn vị kWh và Phản động ( Reactive ) được đo theo đơn vị kVArh .

Công suất chủ động để sản sinh ra công việc có thực , ví dụ như làm cho quay trục Motor .

Công suất Phản động ( cũng được gọi là Công suất Từ hoá ) để tạo ra những Trường điện từ để thực hiện công việc có thực làm việc trên Motor , cuộn thứ cấp của Biến áp ….

Phép tổng Vector của Công suất phản xạ và những thành phần của Công suất chủ động được gọi là Công suất Biểu kiến và có đơn vị đo là kVAh .

Trong những thiết bị công nghiệp đơn vị đo được dùng là công suất Biểu kiến , nhưng trong những thiết bị dân dụng và thương mại lại dựa trên công suất Chủ động .

Một vấn đề ở đây chính là , mặc dù nó cần thiết cho Motor và Biến áp , công suất Phản động không thể bằng được công suất Chủ động .

Hệ số công suất là tỉ số giữa Công suất Chủ động và Công suất Biểu kiến của mạch điện .

Hệ số Công suất = Công suất Chủ động / Công suất Biểu kiến .

Tỉ số này có giá trị từ 0 tới 1 ( 100% ) và giá trị này gần bằng 1 là tốt nhất , bởi vì có nghĩa là mạch điện đó ít tiêu hao năng lượng Phản động .

Để giảm mức độ tiêu hao năng lượng nhiều nước đã đưa ra luật lệ cho giá trị Công suất Phản động cao nhất tiêu hao trong thiết bị điện là bao nhiêu % , nếu thiết bị nào vượt quá giá trị này thì nhà sản xuất sẽ bị phạt .

Trong bộ nguồn có hai kiểu Mạch điện Điều chỉnh Hệ số Công suất ( PFC ) : Thụ động và Chủ động .

PFC Thụ động dùng những linh kiện không cần năng lượng để làm việc ( như là Cuộn cảm lõi Ferit ) đáp ứng được Hệ số Công suất từ 60 – 80% .

PFC Chủ động dùng những linh kiện điện tử như mạch tích hợp , Transistor và Diode .. Việc sử dụng mạch PFC Chủ động sẽ nâng cao Hệ số công suất lên tới 95% .

Những bộ nguồn mà không có mạch PFC thì có Hệ số Công suất dưới 60% .

Điều chỉnh Công suất không liên quan tới Hiệu suất và đó chính là điều mà chúng ta hay nhầm lẫn . Mạch điện này không làm cho máy tính của bạn tiêu thụ ít điện năng . Chức năng của PFC là ngăn chặn bộ nguồn tiêu hao nhiều năng lượng Phản xạ .

Những điện áp trên những đầu ra của bộ nguồn phải gần với những giá trị ghi trên nhãn . Nói một cách khác những đầu ra +12V phải đưa ra +12 V mà không phải là +13V .

Mức điện áp sẽ bị giảm xuống khi mức tải tăng lên . Bộ nguồn Switching có những hệ thống mạch vòng phản hồi có nhiệm vụ đọc liên tục những giá trị trên đầu ra và điều chỉnh lại để bảo đảm những đầu ra đưa ra những điện áp chính xác .

Việc chênh lệch điện áp dương là 5% và điện áp âm là 10% có thể chấp nhận được .

 

Bên cạnh đó , bộ nguồn phải đưa ra những đầu ra “sạch” , hoàn hảo nhất là điện áp của những đầu ra của bộ nguồn kẻ một đường thẳng nằm ngang khi nhìn qua Máy hiện sóng . Nhưng thực tế chúng không phải là một đường thẳng hoàn hảo mà sẽ bị Gợn sóng . Trong Máy hiện sóng bạn sẽ thấy một số vạch kim hoặc gọi là Nhiễu . Gợn sóng và Nhiễu không được vượt quá 120mV với điện áp ra +12V và 50mV với những điện áp ra +5V / +3.3V .

Trong Hình 32 là điện áp đầu ra +12V của bộ nguồn PC Power & Cooling Silencer 750 Quad khi phát ra 750W , mức nhiễu đo được 50mV chưa tới 120mV cho phép .

Trong Hình 33 là điện áp ra +12V của bộ nguồn WattSmart 650W khi phát ra công suất 650W , đo được mức nhiễu cao nhất là 114.4mV .

Như vậy mức nhiễu cao nhất bằng một nửa mức nhiễu cho phép là bộ nguồn tốt nhất .

 

Hình 32 : Mức nhiễu thấp

Hình 33 : Mức nhiễu cao

Mức nhiễu mà mới đề cập trên chắc chắn hầu hết chúng ta không có khái niệm về nó vì có bao giờ xem những điện áp đầu ra trên Máy hiện sóng bao giờ đâu khi nào có điều kiện sửa máy tính sẽ quay lại với vấn đề này .

Theo tính năng kĩ thuật ATX12V thì không có đầu ra nào có thể cung cấp công suất cao hơn 240VA ( tương đương với 240W trong điện áp một chiều ) .

Để phù hợp với những chuẩn này , những nhà sản xuất cần thêm Mạch điện Bảo vệ quá dòng OCP ( Over Current Protection ) tại mỗi sợi dây điện áp ra của bộ nguồn . Mạch OCP sẽ cắt dòng điện ra nếu mạch điện kết nối sử dụng công suấtcao hơn 240W .

Điều đó có nghĩa là bộ nguồn cần thêm mạch điện OCP tới mỗi sợi dây đầu ra điện áp +12V , +5V , +3.3V , +5VSB và -12V bên trong bộ nguồn . Những bộ nguồn giá rẻ có ít hơn 20 sợi dây đầu ra , trong những bộ nguồn cao cấp con số đầu dây ra nhiều gấp đôi . Như vậy những bộ nguồn cao cấp sẽ đắt tiền hơn và cũng sẽ chiếm khoảng trống nhiều hơn vì có số lượng mạch điện nhiều hơn bên trong .

Do đó nhiều nhà sản xuất quyết định áp dụng trong thực tế không bao giờ dùng dòng điện cấp trên một sợi mà chúng được phân tải . Ví dụ dòng điện tới CPU được chia trong hai ( ATX12V) hoặc bốn (EPS12V ) sợi +12V ; Dòng điện tới Card màn hình được chia thành 03 ( nguồn PCIe 6 chân ) hoặc 04 ( nguồn PCIe 8 chân ) sợi +12V .

Một số nhà sản xuất quyết định thực hiện một mạch bảo vệ OCP cho tất cả những sợi +12V bởi vì thực tế không có trường hợp nào tất cả những đầu +12V đều cần đưa ra công suất tới 240W . Tuy nhiên một số nhà sản xuất những bộ nguồn giá rẻ lại không hề có mạch bảo vệ OCP này và mạch điện này lại đưa vào danh mục để lựa chọn khi mua .

Nhiều nhà sản xuất khác lại cho rằng có một số đầu dây dẫn có thể cung cấp nhiều hơn 240W trong thời gian làm việc của PC và đã quyết định thêm những mạch OPC vào trong thiết kế . Mỗi nhóm dây mà được nối tới một mạch bảo vệ OCP được gọi là “Rail” . Ví dụ bộ nguồn này có “4-Rail” có nghĩa là có 04 đầu dây dẫn nguồn được nối với một mạch bảo vệ OCP .

Vấn đề thứ hai cần đề cập cái gọi là thiết kế “Multiple – Rail “ và là thiết kế thông dụng trong những bộ nguồn cao cấp hiện nay . Trên bộ nguồn bạn sẽ thấy nhiều đầu nối +12V như +12V1 , +12V2 , +12V3 … được mô tả trong Hình 29 là ví dụ thực tế .

Một vấn đề ảnh hưởng trong thiết kế “Multiple – Rail “ mà chúng ta cần quan tâm đó chính là sự phân chia công suất : Nếu cần quá nhiều công suất từ một Rail sẽ khiến cho bộ nguồn của bạn sẽ bị cắt thậm trí ngay cả khi PC hoạt động dưới mức bình thường . Ví dụ nếu bạn có CPU và hai Card màn hình lại nối tới cùng một Rail sẽ bị tình trạng như vậy vì thế bạn nên chuyển một thiết bị tới Rail khác .

Nhưng một điều nên lưu ý bởi vì có một số bộ nguồn lại quảng cáo dùng thiết kế Multiple-Rail lại làm việc như thiết kế Single-Rail .

Nói tóm lại thiết kế Single-Rail dùng trong bộ nguồn chỉ có 01 mạch OCP cho toàn bộ , thiết kế Multiple-Rail được dùng với những bộ nguồn có nhiều mạch bảo vệ OCP .

Có một vấn đề mà nhiều người không biết đó là chuẩn ATX12V và EPS chỉ yêu cầu mạch Bảo vệ quá điện áp OVP ( Over Voltage Protection ) , Bảo vệ đoản mạch SCP ( Short-Circuit Protection ) và Bảo vệ quá cường độ dòng điện OCP ( Over Current Protection ) .

Cong những mạch Bảo vệ khác thì phải tuỳ chọn và phụ thuộc vào nhà sản xuất . Tất nhiên trong bộ nguồn có nhiều mạch điện Bảo vệ thì càng tốt .

Dưới đây là cách thức hoạt động của chúng :

Ý tưởng bảo vệ chính là tắt bộ nguồn khi có điều bất thường xảy ra để ngăn chặn bộ nguồn bị cháy và những rủi ro như hoả hoạn thậm trí là cháy nổ . Ví dụ nếu nó cung cấp công suất cao hơn khả năng của nó có thể xảy ra cháy nếu không có mạch OPP bảo vệ . Với OPP bộ nguồn của bạn sẽ tắt trước khi bị cháy .

Tất cả những kiểu bảo vệ được cấu hình theo ý của nhà sản xuất . Lấy ví dụ mạch OVP . Chuẩn ATX12V và EPS đưa ra dải điện áp mà cho nhà sản xuất có thể dùng để thiết lập ngưỡng cho mạch này và nhà sản xuất sẽ chọn điện áp nào đó để làm giá trị bảo vệ .

Vấn đề xảy ra là một số nhà sản xuất sẽ thiết lập những chế độ bảo vệ với những giá trị quá ẩu khiến cho lỗi xảy ra trước khi chế độ bảo vệ thích hợp được kích hoạt và làm cho bộ nguồn hoặc linh kiện máy tính bị hỏng .

Ví dụ thực tế về hiện tượng quá tải ở một số bộ nguồn .

Một bộ nguồn đang làm việc với những điện áp ra vượt qua dải cung cấp , nhưng bộ nguồn vẫn còn bật mặc dù những điện áp ra này bị sai chúng chưa đạt tới mức cần thiết để kích hoạt cho mạch UVP và OVP làm việc .