PSU(Power Supply Unit)는 컴퓨터 내부 구성 요소의 주전원 AC를 저전압 조절 DC 전원으로 변환합니다.현대의 개인용 컴퓨터는 보편적으로 스위치 모드 전원 공급 장치를 사용합니다.일부 전원 공급 장치에는 입력 전압을 선택하는 수동 스위치가 있고 다른 전원 공급 장치에는 메인 전압이 자동으로 조정됩니다.
대부분의 현대 데스크톱 PC 전원 공급 장치는 폼 팩터 및 전압 공차를 포함하는 ATX 사양을 준수합니다.ATX 전원 공급 장치가 주 전원에 연결되어 있는 동안 컴퓨터의 대기 기능과 특정 주변 장치에 전원이 공급되도록 항상 5V 대기(5VSB) 전원을 공급합니다.마더보드의 신호에 의해 ATX 전원 공급 장치가 켜지고 꺼집니다.또한 컴퓨터가 안전하게 전원을 켜고 부팅할 수 있도록 DC 전압의 사양이 언제인지를 알려주는 신호를 마더보드에 제공합니다.가장 최근의 ATX PSU 표준은 2022년 중반 버전 3.0입니다.
데스크톱 컴퓨터 전원 공급 장치는 주전원의 벽 소켓에서 저전압 직류(DC)로 교류(AC)를 변환하여 마더보드, 프로세서 및 주변 장치를 작동합니다.여러 개의 직류 전압이 필요하며, 컴퓨터의 안정적인 작동을 위해 어느 정도 정확하게 조절되어야 합니다.전원 공급 레일(power supply rail) 또는 전압 레일(voltage rail)은 PSU가 제공하는 단일 전압을 말합니다.[1]
일부 PSU는 대기 전압을 공급하여 대부분의 컴퓨터 시스템이 최대 절전 모드 또는 종료를 준비한 후 전원을 끄고 이벤트에 의해 다시 켤 수도 있습니다.대기 전력을 사용하면 메인보드에서 지원하는 경우 Wake-on-LAN 및 Wake-on-ring을 통해 원격으로 또는 KBPO(키보드 전원 켜기)를 통해 로컬로 컴퓨터를 시작할 수 있습니다.이 대기 전압은 장치 내부의 작은 선형 전원 공급 장치 또는 스위칭 전원 공급 장치에 의해 생성되어 일부 구성 요소를 메인 장치와 공유하여 비용과 에너지를 절약할 수 있습니다.
역사
1세대 마이크로컴퓨터와 가정용 컴퓨터 전원 공급 장치는 1977년에 도입된 코모도어 PET와 같이 무거운 스텝다운 변압기와 선형 전원 공급 장치를 사용했습니다.1977년에 출시된 Apple II는 동일한 선형 전원 공급 장치보다 가볍고 작으며 냉각 팬이 없는 스위치 모드 전원 공급 장치로 유명했습니다.스위치 모드 공급 장치는 페라이트 코어의 고주파 변압기와 초당 수천 번 스위칭하는 전력 트랜지스터를 사용합니다.트랜지스터의 스위칭 시간을 조절함으로써 선형 레귤레이터에서 에너지를 열로 발산하지 않고 출력 전압을 세밀하게 제어할 수 있습니다.경제적인 가격으로 고출력 및 고전압 트랜지스터가 개발됨에 따라 항공우주, 메인프레임, 미니 컴퓨터 및 컬러 텔레비전에 사용되었던 스위치 모드 공급 장치를 데스크톱 PC에 도입하는 것이 실용화되었습니다.아타리 엔지니어 로드 홀트(Rod Holt)의 애플 II 디자인은 특허를 받았으며,[2][3] 현대 컴퓨터 전원 공급 장치 디자인의 선봉에 섰습니다.현재 모든 최신 컴퓨터는 스위치 모드 전원 공급 장치를 사용하는데, 이는 동급 선형 전원 공급 장치보다 가볍고, 비용이 적게 들며, 효율성이 높습니다.
컴퓨터 전원 공급 장치에는 단락 보호, 과전력(과부하) 보호, 과전압 보호, 과전압 보호, 과전류 보호, 과온도 보호 기능이 있을 수 있습니다.
입력전압스위치
전 세계적으로 사용할 수 있도록 설계된 전원 공급 장치에는 사용자가 로컬 전력망에서 사용할 장치를 구성할 수 있는 입력 전압 선택 스위치가 장착되어 있었습니다.낮은 전압 범위인 약 115V에서 이 스위치는 델론 회로 설계에서 전력망 전압 정류기를 전압 더블러로 변경하여 켜집니다.그 결과, 정류기 뒤에 있는 큰 1차 필터 커패시터는 직렬로 배선된 2개의 커패시터로 분할되었고, 상부 입력 전압 범위에서 필요한 블리더 저항 및 바리스터와 균형을 이루었습니다. 약 230V.낮은 범위에 대해 구성된 장치를 높은 전압 그리드에 연결하면 일반적으로 영구적인 손상이 즉시 발생합니다.역률 보정(PFC)이 필요할 때, 그러한 필터 커패시터는 돌입 전류를 지연시키기 위해 직렬로 설치된 코일과 함께 더 높은 용량의 커패시터로 교체되었습니다.이것은 수동형 PFC의 간단한 디자인입니다.
액티브 PFC는 더 복잡하며 99%까지 더 높은 PF를 달성할 수 있습니다.첫번째 활성 PFC 회로는 단지 돌입을 지연시켰습니다.최신 제품은 입력 및 출력 조건 제어 스텝업 컨버터로 작동하며, 일반적으로 80~240V 사이의 광범위한 입력 소스에서 단일 400V 필터 커패시터를 공급합니다.또한 최신 PFC 회로는 이전에 퓨즈 옆에 위치한 값비싼 부품인 NTC 기반 돌입 전류 제한기를 대체합니다.
IBM XT 클론의 전원 공급 장치 PCB일반적인 XT PSU 전원 스위치로, PSU의 필수 구성 요소입니다.
오리지널 IBM PC, XT 및 AT 표준
최초의 IBM PC 전원 공급 장치(PSU)는 +5V와 +12V의 두 가지 주요 전압을 공급했습니다.-5V와 -12V의 다른 두 전압을 공급했지만 전력량은 제한적이었습니다.당시 대부분의 마이크로칩은 5V 전원으로 작동했습니다.이러한 PSU가 제공할 수 있는 63.5W 중 대부분은 이 +5V 레일 위에 있었습니다.
+12V 전원은 주로 디스크 드라이브나 냉각 팬과 같은 모터를 작동하는 데 사용되었습니다.주변기기가 더 많이 추가됨에 따라 12V 레일에 더 많은 전력이 공급되었습니다.그러나 대부분의 전력이 칩에 의해 소비되기 때문에 5V 레일은 여전히 대부분의 전력을 공급했습니다.-12 V 레일은 주로 RS-232 직렬 포트에 음의 공급 전압을 공급하는 데 사용되었습니다.ISA 버스의 주변기기(사운드 카드 등)를 위해 -5 V 레일이 제공되었지만 원래 IBM PC 마더보드 이외의 마더보드에서는 사용되지 않았습니다.
'Power Good'이라고 하는 추가 와이어는 전원 공급기가 켜지는 초기 밀리초 동안 디지털 회로 작동을 방지하기 위해 사용됩니다. 이 와이어는 출력 전압과 전류가 상승하고 있지만 아직 장치가 제대로 작동하기에 충분하지 않거나 안정적이지 않은 상태입니다.출력 전력을 사용할 준비가 되면, Power Good 신호가 디지털 회로에 작동을 시작할 수 있음을 알려줍니다.
PC(모델 5150), XT 및 AT용 IBM의 오리지널 전원 공급 장치에는 컴퓨터 케이스 측면을 통해 확장되는 라인 전압 전원 스위치가 포함되어 있었습니다.타워 케이스에서 볼 수 있는 일반적인 변형에서, 라인 전압 스위치는 짧은 케이블로 전원 공급기에 연결되어 전원 공급기와 분리되어 장착될 수 있었습니다.
초기 마이크로컴퓨터 전원 공급 장치는 기계적 라인 전압 스위치에 의해 제어되는 완전히 켜지거나 꺼졌으며 에너지 절약 저전력 유휴 모드는 초기 컴퓨터 전원 공급 장치의 설계 고려 사항이 아니었습니다.이러한 전원 공급 장치는 일반적으로 대기 또는 "소프트 오프"와 같은 절전 모드나 예정된 전원 제어 기능을 사용할 수 없었습니다.
항상 켜져 있는 설계로 인해 단락이 발생할 경우 퓨즈가 끊어지거나 스위치 모드 전원 공급 장치가 전원을 반복적으로 차단하고 잠시 기다렸다가 다시 시작하려고 합니다.일부 전원 공급 장치의 경우 장치에서 조용하고 빠르게 찍찍거리는 소리나 똑딱거리는 소리가 반복적으로 들립니다.
80486DX4 프로세서용 전압 변환기(5V ~ 3.3V)낭비되는 전력을 소산하는 데 필요한 선형 조정기의 히트 싱크를 기록합니다.ATX 폼 팩터 컴퓨터 전원 공급 장치의 일반적인 설치
인텔이 ATX 표준 전원 공급 장치 커넥터(1995년 발표)를 개발했을 때, 1994년 인텔 80486DX4 마이크로프로세서를 시작으로 3.3V에서 작동하는 마이크로칩이 인기를 끌었고, ATX 표준은 +3.3V, +5V 및 +12V의 세 가지 양의 레일을 공급합니다.3.3V가 필요했던 이전의 컴퓨터는 일반적으로 +5V 레일에 연결된 단순하지만 비효율적인 선형 조정기에서 파생되었습니다.
ATX 커넥터는 공급 연결의 전압 강하에 가장 민감하기 때문에 3.3V 공급 장치에 여러 개의 와이어와 전원 연결을 제공합니다.또 다른 ATX 추가 기능은 컴퓨터가 명목상 "꺼짐" 상태일 때에도 적은 양의 대기 전력을 제공하기 위한 +5 VSB(대기) 레일이었습니다.
AT와 ATX 전원 공급 장치에는 마더보드에 전원을 공급하는 커넥터와 소프트 스위치라는 두 가지 기본적인 차이점이 있습니다.ATX 스타일 시스템에서 전면 패널 전원 스위치는 전원 공급기에 제어 신호만 제공하고 주 AC 전압은 전환하지 않습니다.이 저전압 제어를 통해 다른 컴퓨터 하드웨어나 소프트웨어가 시스템을 켜고 끌 수 있습니다.
ATX 전원 공급 장치는 폭과 높이(150 × 86mm(5.9 × 3.4인치), 장착 레이아웃(장치 뒷면에 나사 4개가 배치됨)을 모두 공유하므로 ATX PSU를 수용하는 AT 케이스(또는 그 반대의 경우 A에 필요한 전원 스위치를 수용할 수 있는 경우)를 방해하는 큰 물리적 차이가 없습니다.TPSU), 특정 PSU가 특정한 경우에 비해 너무 길지 않은 경우.
ATX12V 규격
트랜지스터가 칩에서 작아지면 더 낮은 공급 전압에서 동작하는 것이 바람직하며, 가장 밀도가 높은 칩인 중앙 처리 장치에서 가장 낮은 공급 전압을 요구하는 경우가 많습니다.펜티엄과 그 이후의 마이크로프로세서들에 많은 양의 저전압 전력을 공급하기 위해, 특별한 전력 공급 장치인 전압 조절기 모듈이 메인보드에 포함되기 시작했습니다.최신 프로세서는 2V 이하에서 최대 100A를 요구하므로 오프보드 전원 공급 장치에서 제공하기에는 현실적이지 않습니다.
처음에는 주 +5V 전원으로 공급하였으나, 전력 수요가 증가함에 따라 충분한 전력 공급에 필요한 고전류가 문제가 되었습니다.5V 공급 장치의 전력 손실을 줄이기 위해 인텔은 펜티엄 4 마이크로프로세서를 도입하여 프로세서 전원 공급 장치를 +12V에서 작동하도록 변경하고 별도의 4핀 P4 커넥터를 새로운 ATX12V 1.0 표준에 추가하여 전원을 공급했습니다.
현대의 고출력 그래픽 처리 장치도 동일한 작업을 수행하므로 현대의 개인용 컴퓨터에 필요한 대부분의 전력은 +12V 레일 위에 놓여 있습니다.고출력 GPU가 처음 도입되었을 때, 전형적인 ATX 전원 공급 장치는 "5V-heavy"였으며 출력의 50-60%만 12V 전원 형태로 공급할 수 있었습니다.따라서 GPU 제조업체는 12V 전력(피크 로드, CPU+GPU)의 200~250W를 보장하기 위해 500~600W 이상의 전원 공급 장치를 권장했습니다.최신 ATX 전원 공급 장치는 총 정격 용량의 거의 대부분(일반적으로 80~90%)을 +12V 전원 형태로 제공할 수 있습니다.
이러한 변화 때문에 최신 컴퓨터에서 이전 ATX 전원 공급 장치를 사용할 때는 전체 전원 용량보다는 +12V 전원 용량을 고려하는 것이 중요합니다.
저품질의 전원 공급 장치 제조업체는 전력 공급 등급을 완전히 이해하는 고객이 거의 없음을 알고 비현실적으로 높은 전원 공급 등급을 부여함으로써 이러한 과대 사양의 이점을 활용하기도 합니다.[4]
+3.3V 및 +5V 레일
+3.3V 및 +5V 레일 전압 공급 장치는 거의 제한 요소가 아닙니다. 일반적으로 충분한 +12V 정격의 공급 장치는 낮은 전압에서 충분한 용량을 갖습니다.그러나 대부분의 하드 드라이브나 PCI 카드는 +5 V 레일에 더 큰 부하를 발생시킵니다.
마더보드의 구형 CPU와 논리 장치는 5V 동작 전압을 위해 설계되었습니다.해당 컴퓨터의 전원 공급 장치는 5V 출력을 정확하게 조절하며, 양쪽 레일의 부하 비율에 따라 지정된 전압 윈도우에 12V 레일을 공급합니다.+12 V 전원은 컴퓨터 팬 모터, 디스크 드라이브 모터 및 직렬 인터페이스(-12 V 전원도 사용)에 사용되었습니다.12V의 추가적인 용도는 사운드 카드와 함께 제공되었으며, 선형 칩 오디오 전력 증폭기를 사용하여 모터의 소음을 줄이기 위해 카드의 9V 선형 조정기로 필터링되기도 했습니다.
특정 i386 변형 이후 CPU는 3.3 또는 3.45V와 같은 낮은 작동 전압을 사용합니다. 마더보드에는 5V 레일에 의해 공급되는 선형 전압 조절기가 있었습니다.점퍼 또는 딥 스위치는 설치된 CPU의 사양대로 출력 전압을 설정합니다.새로운 CPU에 더 높은 전류가 필요할 때, 벅 컨버터와 같은 스위칭 모드 전압 레귤레이터는 효율성을 위해 선형 레귤레이터를 대체했습니다.
ATX 표준의 첫 개정 이후 PSU는 3.3V 출력 전압 레일을 구비해야 했습니다.드물게 선형 조정기가 5V에서 공급되어 전압 강하와 전류의 생성물을 열로 변환하는 이러한 3.3V를 생성했습니다.가장 일반적인 설계에서 이 전압은 5V 레일의 펄스를 추가 초크로 이동 및 변환함으로써 생성되며, 전압이 지연 및 정류되어 전용 3.3V 레일로[5] 별도로 상승하고 상승 유휴 전압이 제너 다이오드와 유사하게 동작하는 [6]장치 유형 TL431에 의해 절단됩니다.나중에 규제 기관에서 3.3, 5, 12 V 레일을 모두 관리했습니다.전압 조절기에 의해 펄스를 절단하면 3.3V와 5V의 비율이 조절됩니다.이러한 PSU 중 일부는 변압기에서 3.3V 레일에 공급하는 두 개의 다른 초크를 사용하여 3.3V 출력과 5V 출력의 비율에 따라 펄스별로 변화하는 부하를 관리합니다.동일한 초크를 사용하는 설계에서는 펄스 폭이 비율을 관리합니다.[7]
펜티엄 4와 더 새로운 컴퓨터 세대에서는 CPU 코어의 전압이 2V 아래로 떨어졌습니다. 커넥터의 전압 강하로 인해 설계자는 이러한 벅 컨버터를 장치 옆에 배치해야 했습니다.최대 소비 전력이 높아지면 전원 공급 장치에서 필요한 전류를 줄이기 위해 벅 컨버터가 더 이상 5V에서 공급되지 않고 12V 입력으로 변경되어야 했습니다.
드라이브에는 +5V 레일에서 +3.3V를 공급하여 안정적으로 유지할 수 있도록 작은 선형 전압 조절기가 설치되어 있습니다.
IMT2000 3GPP - 보급형 전원장치 규격
엔트리 레벨 전원 공급 장치 사양(EPS)은 전력 소비가 높은 컴퓨터 및 엔트리 레벨 서버를 위한 전원 공급 장치입니다.서버 표준을 연구하는 Intel, Dell, Hewlett-Packard 등의 회사 그룹인 SSI(Server System Infrastructure) 포럼에서 개발한 EPS 폼 팩터는 ATX 폼 팩터의 파생 제품입니다.최신 사양은 v2.93입니다.
EPS 표준은 중요한 서버 기반 시스템 및 애플리케이션에 보다 강력하고 안정적인 환경을 제공합니다.EPS 전원 공급 장치에는 24핀 마더보드 전원 커넥터와 8핀 +12V 커넥터가 있습니다.또한 표준은 전력이 많이 소모되는 보드를 위해 추가로 2개의 4핀 12V 커넥터를 지정합니다(하나는 700~800W PSU에 필요하며 둘 다 850W+ PSU에 필요함).EPS 전원 공급 장치는 가정과 사무실에서 볼 수 있는 표준 ATX 또는 ATX12V 마더보드와 원칙적으로 호환되지만 12V 커넥터와 구형 보드 커넥터의 경우 소켓이 오버행되는 기계적 문제가 있을 수 있습니다.[8]많은 PSU 공급업체는 이러한 문제를 방지하기 위해 여분의 섹션을 잘라낼 수 있는 커넥터를 사용합니다.ATX PSU 표준의 최신 버전과 마찬가지로 -5 V 레일도 없습니다.
레일
컬러마크
12V1
옐로우(블랙)
12V2
노란 색
12V3
옐로우(블루)
12V4
옐로우(그린)
단일 레일 대 다중 +12V 레일
전력 공급 용량이 증가함에 따라 ATX 전력 공급 표준은 (버전 2.0부터[9]) 다음을 포함하도록 수정되었습니다.
3.2.4. 출력 제한/유해 에너지 수준 정상 또는 과부하 조건에서는 UL 1950/CSA 950/EN 60950/IEC 950의 요구 조건에 따라 출력 단락을 포함한 부하 조건에서 출력이 240VA 이상을 지속적으로 제공해서는 안 됩니다.
— ATX12V Power Supply Design Guide, version 2.2[10]
이 요구 사항은 나중에 ATX12V 전원 공급 장치 사양의 버전 2.3(2007년 3월)에서 삭제되었지만,[11] 단일 레일과 다중 레일 사이의 현대 ATX 전원 공급 장치의 차이로 이어졌습니다.
이 규칙은 단일 출력 와이어를 통과할 수 있는 전류의 안전 한계를 설정하기 위한 것이었습니다.전류가 충분히 크면 단락 시 심각한 손상이 발생하거나 고장 시 와이어 또는 와이어 절연체가 녹거나화재가 발생하거나 다른 구성 요소가 손상될 수 있습니다.이 규칙은 각 출력을 20암페어 미만으로 제한하며, 일반적인 공급 장치는 18A 가용성을 보장합니다.12V에서 18A 이상을 공급할 수 있는 전원 공급 장치는 케이블 그룹("레일"이라고 함)으로 출력을 제공합니다.각 레일은 하나 이상의 케이블을 통해 최대 제한된 양의 전류를 전달하며, 각 레일은 전류 초과 시 공급을 차단하는 자체 전류 센서에 의해 독립적으로 제어됩니다.퓨즈나 회로 차단기와 달리 이러한 한계는 과부하가 제거되면 바로 재설정됩니다.일반적으로 전원 공급 장치는 18.5A ± 8%의 전류 한계를 가짐으로써 12V에서 최소 17A를 보장합니다.따라서 최소 17A 공급이 보장되며, 20A 이전에 차단이 보장됩니다.그런 다음 각 케이블 그룹의 전류 한계가 문서화되어 사용자가 동일한 그룹에 너무 많은 고전류 부하를 두지 않도록 할 수 있습니다.
원래 ATX 2.0 당시에는 "여러 개의 +12V 레일"로 구성된 전원 공급 장치가 20A 이상의 +12V 전원을 공급할 수 있음을 의미했으며, 이는 좋은 일로 여겨졌습니다.그러나 대부분의 +12V 레일에서 부하 균형을 맞출 필요가 없다는 것을 알게 되었습니다. 특히 고급 PSU는 12V에서 최대 약 2000W, 또는 150A 이상의 전류를 전달하기 시작했기 때문입니다(이전의 240 또는 500W에 비해).제조 시에 레일에 커넥터를 할당하는 작업을 수행할 때 반드시 주어진 하중을 다른 레일로 이동시키거나 장치 간 전류 할당을 관리할 수 있는 것은 아닙니다.
많은 제조업체들은 전류 제한 회로를 추가하기 보다는 요구사항을 무시하고 레일 당 20A 이상으로 전류 제한을 늘리거나 전류 제한 회로를 생략한 "싱글 레일" 전원 공급 장치를 제공했습니다.[12] (일부 경우에는 이를 포함한다는 자체 광고 주장을 위반하여)위의 기준 때문에 거의 모든 고출력 전원 장치가 별도의 레일을 구현할 것을 주장했지만, 이러한 주장은 종종 거짓이었습니다. 많은 경우 비용상의 이유로 그리고 고객에게 불편을 주기 때문에 [13]필요한 전류 제한 회로를 생략했습니다.[14] (부족한 부분은 다음과 같습니다.때때로 "철도 융합"이나 "현재 공유"와 같은 이름으로 기능으로 광고되기도 합니다.)
이로 인해 요구사항이 철회되었지만, PSU 설계에는 단일 레일과 다중 레일 설계로 구분할 수 있는 문제점이 남아 있었습니다.둘 다 전류 제한 컨트롤러를 포함할 수도 있고, 포함할 수도 있습니다.ATX 2.31 기준으로 단일 레일 설계의 출력 전류는 출력 케이블의 임의 조합을 통해 도출할 수 있으며, 해당 부하의 관리 및 안전한 할당은 사용자에게 맡깁니다.다중 레일 설계는 동일한 작업을 수행하지만, 각 개별 커넥터(또는 커넥터 그룹)에 공급되는 전류를 제한하며, ATX 표준에 의해 설정된 것이 아니라 제조사의 선택에 따라 제한됩니다.
V전용용품 12개
12V 전용 커넥터(Fujitsu 메인보드에 있음)커넥터 ATX12VO
2011년부터 Fujitsu를 비롯한 Tier-1 제조업체들은[15] 맞춤형 PSU(일반적으로 250–300W 정격)에서 12V만 공급하면 되는 마더보드 변형 모델을 포함하는 시스템을 제조해 왔습니다. 5V 및 3.3V를 제공하는 DC-DC 변환은 마더보드에서 수행됩니다. 제안된 것은 5V 및 12V를 다른 장치(예:s HDD는 PSU 자체가 아닌 마더보드에서 픽업되지만, 2012년[update] 1월 현재 완전히 구현되지는 않은 것으로 보입니다.
전원 공급에 대한 이러한 접근 방식은 교차 부하 문제를 제거하고, 공기 흐름과 냉각에 영향을 미칠 수 있는 내부 배선을 단순화 및 감소시키고, 비용을 절감하고, 전원 공급 효율을 높이며, 전원 공급 팬 속도를 마더보드의 제어 하에 둠으로써 소음을 감소시키기 때문입니다.
2013년에 출시된 Dell의 비즈니스 PC 중 최소 2대인 OptiPlex 9020과 Precision T1700은 12V 전용 전원 공급 장치와 함께 제공되며 마더보드에서만 5V 및 3.3V 변환을 구현합니다.그 후, Lenovo ThinkCenter M93P는 12V 전용 PSU를 채택하고 IS8XM 마더보드에서만 5V 및 3.3V 변환을 수행합니다.
2019년 인텔은 ATX12V를 기반으로 한 새로운 표준을 발표했습니다.전원 공급 장치는 12V 전압 출력만 제공합니다.[16]USB, 하드 디스크 드라이브 및 기타 장치에서 필요한 5V, 3.3V 전원은 마더보드에서 변환됩니다. ATX 마더보드 커넥터는 24핀에서 10핀으로 줄어듭니다.ATX12VO라고 불리는 이것은 현재의 표준을 대체하는 것이 아니라 그와 함께 존재할 것으로 예상됩니다.[17]FSP 그룹은 CES 2020에서 새로운 ATX12VO 표준을 기반으로 한 첫 번째 프로토타입을 선보였습니다.
2020년 5월 인텔이 공식 발표한 싱글 레일 전원 공급 장치 ATX12VO 설계 가이드에 따르면 이 가이드에는 12V 전용 설계의 세부 사항과 더 높은 효율과 더 낮은 전기 중단을 포함하는 주요 이점이 나열되어 있습니다.[18]
전력 등급
PSU의 전체적인 전력 소모는 모든 공급 레일이 하나의 변압기와 스위칭 구성 요소와 같은 주측 회로를 통과한다는 사실에 의해 제한됩니다.여러 그래픽 카드가 있는 고성능 컴퓨터의 경우 개인용 컴퓨터의 총 전력 요구량은 250W에서 1000W 이상입니다.특별히 고성능 CPU나 그래픽 카드가 없는 개인용 컴퓨터는 보통 300~500W가 필요합니다.[14]전원 공급 장치는 계산된 시스템 전력 소비량보다 약 40% 더 크게 설계됩니다.이를 통해 시스템 성능 저하 및 전원 공급 과부하를 방지할 수 있습니다.전원 공급기는 총 전력 출력에 라벨을 붙이고 공급되는 각 전압의 전류 한계에 따라 이 값이 결정되는 방법에 라벨을 붙입니다.일부 전원 공급 장치에는 과부하 방지 기능이 있습니다.
시스템 전력 소비량은 전원 공급 장치를 사용하는 컴퓨터 시스템의 모든 구성 요소에 대한 전력 정격의 합입니다.일부 그래픽 카드(특히 여러 개의 카드)와 대규모 하드 드라이브 그룹은 PSU의 12V 라인에 매우 큰 부담을 줄 수 있으며, 이러한 부하에는 PSU의 12V 정격이 매우 중요합니다.전원 공급 장치의 총 12V 정격은 다른 12V 시스템 구성 요소를 고려할 때 PSU가 시스템에 완전히 공급할 수 있도록 해당 장치에서 요구하는 전류보다 높아야 합니다.이러한 컴퓨터 시스템 구성 요소, 특히 그래픽 카드의 제조업체는 전력 공급 부족으로 인한 지원 문제를 최소화하기 위해 전력 요구량을 과대 평가하는 경향이 있습니다.[citation needed]
컴퓨터 전원 공급 장치의 효율성을 향상시키기 위한 다양한 계획들이 존재합니다.Climate Savers Computing Initiative는 보다 효율적인 전력 공급 장치의 개발과 사용을 장려함으로써 에너지 절약과 온실가스 배출 감소를 촉진합니다.80 Plus는 전력 공급 장치의 다양한 효율성 수준을 인증하고 재정적 인센티브를 통해 전력 공급 장치의 사용을 장려합니다.효율적인 전원 공급 장치는 전력 낭비를 줄여 비용을 절감합니다. 그 결과 동일한 컴퓨터에 전원을 공급하는 데 필요한 전기 사용량이 감소하고 폐열 배출이 줄어 여름에 중앙 에어컨의 에너지를 크게 절감할 수 있습니다.효율적인 전원 공급 장치를 사용함으로써 얻을 수 있는 이점은 전력을 많이 사용하는 컴퓨터에서 더욱 크게 나타납니다.
전력 정격이 필요 이상인 전원 공급 장치의 경우 과부하에 대한 안전성이 다소 떨어지지만, 이러한 장치는 종종 효율성이 떨어지고 더 적합한 크기의 장치보다 낮은 부하에서 더 많은 전기를 낭비합니다.예를 들어, 80 Plus Silver 효율 등급의 900와트 전원 공급 장치는 부하가 데스크톱 컴퓨터의 일반적인 유휴 전력인 100W보다 낮을 때(이러한 전원 공급 장치는 180W 이상의 부하에 대해 적어도 85% 효율적으로 설계됨을 의미함) 73%의 효율성만 가질 수 있습니다.따라서 100W 부하의 경우 이 공급 장치의 손실은 27W가 됩니다. 동일한 전원 공급 장치를 450W 부하에서 사용할 경우 공급 장치의 효율이 89%에 달합니다. 유용한 전력의 4.5배를 공급해도 손실은 56W에 불과합니다.[19][20]비교를 위해, 80 Plus Bronze 효율 등급(100W 이상의 부하에 대해 최소 82%의 효율성을 갖도록 설계되었음을 의미함)을 제공하는 500와트 전원 공급 장치는 100W 부하에 대해 84%의 효율성을 제공할 수 있으며, 19W만 낭비할 수 있습니다.[21]골드 80 플러스, 플래티넘 80 플러스, 티타늄 80 플러스와 같은 다른 등급들도 각각 동일한 등급을 제공합니다.100% 부하에서 87%의 효율을 제공하는 80 플러스 골드, 90%의 효율을 제공하는 80 플러스 플래티넘, 94%[22][23]의 최고의 효율을 제공하는 80 플러스 티타늄[1]
제조업체가 자체 인증한 전원 공급 장치는 실제 제공된 것보다 두 배 이상 높은 출력 등급을 요구할 수 있습니다.[24][25]이러한 가능성을 더욱 복잡하게 만드는 것은 다운 레귤레이팅을 통해 전력을 공유하는 두 개의 레일이 있을 때 12V 레일 또는 5V 레일이 전력 공급 장치의 총 정격보다 훨씬 낮은 과부하 상태가 될 수도 있습니다.대부분의 전원 공급 장치는 5V 레일을 다운 조절하여 3.3V 출력을 생성하거나 12V 레일을 다운 조절하여 5V 출력을 생성합니다.관련된 2개의 레일에는 전류 제한이 결합된 상태로 전원 공급 장치에 라벨이 붙어 있습니다.예를 들어, 5V 및 3.3V 레일은 총 전류 한계치로 정격이 지정됩니다.잠재적인 문제를 설명하기 위해 3.3V 레일은 자체적으로 10A의 정격(33W)을 가질 수 있고 5V 레일은 자체적으로 20A의 정격(100W)을 가질 수 있지만 둘을 합치면 110W만 출력할 수 있습니다.이 경우 3.3V 레일을 최대(33W)까지 로드하면 5V 레일은 77W만 출력할 수 있습니다.
2005년의 테스트에서 컴퓨터 전원 공급 장치는 일반적으로 약 70-80%의 효율성이 있는 것으로 나타났습니다.[26]75%의 효율적인 전원 공급 장치가 75W의 DC 출력을 내기 위해서는 100W의 AC 입력이 필요하고 나머지 25W의 열을 방출해야 합니다.고품질의 전원 공급 장치는 80% 이상의 효율성을 가질 수 있습니다. 그 결과 에너지 효율이 높은 PSU는 열에서 에너지 낭비가 적고 냉각을 위해 필요한 공기 흐름이 적어 작동이 더 조용해집니다.
2012년 현재 일부 고급 소비자용 PSU는 부하 수준이 최적일 때 90%의 효율성을 초과할 수 있지만 부하가 심하거나 가벼운 경우에는 87~89%의 효율성으로 떨어질 수 있습니다.구글의 서버 전원 공급 장치는 90% 이상 효율적입니다.[27]HP의 서버 전원 공급 장치는 94%의 효율성에 도달했습니다.[28]서버 워크스테이션용으로 판매되는 표준 PSU의 효율성은 2010년 기준 약 90%입니다.
전력 공급 장치의 에너지 효율은 낮은 부하에서 크게 떨어집니다.따라서 전원 공급 장치의 용량을 컴퓨터의 전원 요구량과 일치시키는 것이 중요합니다.효율성은 일반적으로 약 50-75% 부하에서 최고치를 기록합니다.곡선은 모델마다 다릅니다(이 곡선이 어떻게 보이는지의 예는 Wayback Machine의 80 Plus 웹 사이트Archived 2010-08-28에서 확인할 수 있는 에너지 효율이 높은 모델의 테스트 보고서에서 확인할 수 있습니다).
대부분의 데스크톱 PC 전원 공급 장치는 정사각형 금속 상자이며 한쪽 끝에서 나오는 커다란 와이어 묶음이 있습니다.와이어 번들의 반대편에는 전원 공급 장치의 후면이 있으며, 공기 벤트와 AC 전원을 공급하는 IEC 60320 C14 커넥터가 있습니다.전원 스위치 및/또는 전압 선택 스위치가 있을 수 있습니다.역사적으로 컴퓨터 케이스의 상부에 장착되어 있었고, 두 개의 팬이 있었습니다. 하나는 케이스 내부에서 공기를 전원 공급기 쪽으로 끌어당기는 것이었고, 다른 하나는 전원 공급기에서 외부로 공기를 빼내는 것이었습니다.많은 전원 공급 장치는 케이스 내부에 하나의 큰 팬을 가지고 있으며, 케이스의 바닥 부분에 장착되어 있습니다.팬은 항상 켜져 있거나 부하에 따라 전원을 켜고 속도를 변경할 수 있습니다.일부는 선풍기가 없어서 완전히 수동적으로 냉각됩니다.[31][32][33]
상자 한쪽에 있는 라벨에는 안전 인증 및 최대 출력 전력을 포함한 전원 공급 장치에 대한 기술 정보가 나열되어 있습니다.안전에 대한 일반 인증 마크는 UL 마크, GS 마크, TüV, NEMKO, SEMKO, DEMKO, FIMKO, CCC, CSA, VDE, GOSTR 마크 및 BSMI입니다. EMI/RFI에 대한 일반 인증 마크는 CE 마크, FCC 및 C-tick입니다.CE 마크는 유럽과 인도에서 판매되는 전원 공급 장치에 필요합니다.RoHS나 80 Plus도 가끔 볼 수 있습니다.
ATX 전원 공급 장치의 치수는 폭 150mm, 높이 86mm, 일반적으로 140mm이지만 브랜드마다 깊이가 다를 수 있습니다.
일부 전원 공급 장치는 슬리브 케이블과 함께 제공되는데, 이 케이블은 심미적으로 더 쾌적할 뿐만 아니라 배선을 더 쉽게 하고 공기 흐름에 덜 나쁜 영향을 미칩니다.
커넥터
일반적으로 전원 공급 장치에는 다음과 같은 커넥터가 있습니다(별다른 표시가 없는 한 모두 Mollex(USA) Inc Mini-Fit Jr입니다).
ATX 마더보드 전원 커넥터(일반적으로 P1이라고 함):이것은 마더보드에 전원을 공급하는 커넥터입니다.커넥터에는 20개 또는 24개의 핀이 있습니다.핀 중 하나는 PS-ON 와이어에 속합니다(보통 녹색입니다).이 커넥터는 모든 커넥터 중에서 가장 큽니다.구형 AT 전원 공급 장치에서는 이 커넥터가 P8과 P9 두 개로 나뉘었습니다.24핀 커넥터가 있는 전원 공급 장치는 20핀 커넥터가 있는 마더보드에서 사용할 수 있습니다.마더보드에 24핀 커넥터가 있는 경우 일부 전원 공급 장치에는 24핀 커넥터를 구성하는 데 함께 사용할 수 있는 2개의 커넥터(하나는 20핀, 다른 하나는 4핀, 즉 20+4핀 형태)가 함께 제공됩니다.
12V 전용 전원 커넥터(ATX 20 또는 24핀 커넥터와 호환되지 않지만 P1이라고 표시됨):이 커넥터는 마더보드에 공통 리턴이 있는 3개 또는 6개의 12V 라인, '공급 정상' 신호, 'PSU ON' 신호 및 12V 또는 11V 보조 공급 장치를 공급하는 10핀 또는 16핀 Mollex 커넥터입니다.핀 하나가 사용되지 않은 채로 남아 있습니다.[34]
12V 전용 시스템 모니터링(P10):이것은 171822-8 AMP 또는 이에 준하는 커넥터로 PSU 팬에 공급되고 감지가 반환됩니다.[34]
ATX12V 4핀 전원 커넥터(P4 전원 커넥터라고도 함).프로세서에 전용 전원을 공급하기 위해 마더보드에 연결되는 두 번째 커넥터(24핀 ATX 마더보드 커넥터 외).
4+4핀 하위 호환성을 위해 고급 마더보드 및 프로세서용으로 설계된 일부 커넥터는 더 많은 전력이 필요하므로 EPS12V에는 8핀 커넥터가 있습니다.
4핀 주변 전원 커넥터4핀 주변 전원 커넥터:이 커넥터들은 컴퓨터의 다양한 디스크 드라이브에 연결되는 다른 작은 커넥터입니다.그들 대부분은 검은색 두 개, 빨간색 한 개, 노란색 한 개의 네 개의 선을 가지고 있습니다.미국 표준 주 전선 컬러 코딩과는 달리, 각각의 검은 전선은 접지이고, 붉은 전선은 +5V, 노란 전선은 +12V입니다.경우에 따라서는 FireWire 800 카드와 같은 PCI 카드에 추가 전원을 공급하는 데도 사용됩니다.
4핀 Mollex(일본) Ltd 전원 커넥터(일반적으로 Mini-connector, mini-Mollex 또는 Berg connector라고 함):이것은 3.5인치 플로피 드라이브에 전원을 공급하는 가장 작은 커넥터 중 하나입니다.경우에 따라서는 AGP(Accelerated Graphics Port) 비디오 카드의 보조 커넥터로 사용할 수도 있습니다.케이블 구성은 주변 장치 커넥터와 비슷합니다.
보조 전원 커넥터:일반적으로 6핀 형태인 여러 종류의 보조 커넥터가 있으며, 필요한 경우 추가 전원을 공급하도록 설계되어 있습니다.
직렬 ATA 전원 커넥터: SATA 전원 플러그를 사용하는 구성 요소용 15핀 커넥터.이 커넥터는 +3.3, +5 및 +12V의 세 가지 다른 전압으로 전원을 공급합니다. 한 핀은 핫 플러그 설계된 백플레인에 용량성 부하를 미리 충전하도록 설계되었습니다.
6핀 대부분의 현대 컴퓨터 전원 공급 장치에는 일반적으로 PCI Express 그래픽 카드에 사용되는 6핀 커넥터가 포함되어 있지만 새로 도입된 8핀 커넥터는 최신 모델 전원 공급 장치에서 볼 수 있습니다.각 PCI Express 6핀 커넥터는 최대 75W를 출력할 수 있습니다.
6+2핀 하위 호환성을 위해 하이엔드 PCI Express 그래픽 카드와 함께 사용하도록 설계된 일부 커넥터는 이러한 종류의 핀 구성을 갖추고 있습니다.6핀 카드나 8핀 카드 중 하나를 연결할 수 있게 해줍니다. 하나는 6핀, 다른 하나는 2핀으로 연결된 두 개의 개별 연결 모듈을 사용하여 동일한 개는 6핀, 다른 하나는 2핀으로 연결됩니다.각 PCI Express 8핀 커넥터는 최대 150W를 출력할 수 있습니다.
PCI Express 그래픽 카드용 12핀, 각 PCI Express 12핀 커넥터는 최대 648W(12V, 9A)를 출력할 수 있으며, 어댑터 케이블을 통해 2150W 8핀을 결합하여 1개의 648W 12핀을 구성할 수 있습니다.
PCI Express 그래픽 카드용 16핀(12VHPWR), 각 PCI Express 16핀 커넥터는 최대 662W(12V, 9.2A), 전원 핀 12개, 접촉 핀 4개를 출력할 수 있습니다.ATX 3.0에 도입되었습니다.
모듈형 전원 공급 장치는 분리 가능한 케이블 시스템을 제공하므로 추가 커넥터에서 발생하는 약간의 추가 전기 저항을 감수하고 사용되지 않는 연결부를 제거할 수 있습니다.[35]이를 통해 어수선함을 줄일 수 있고 케이블이 매달려 다른 부품과 간섭할 위험이 없으며 케이스 공기 흐름을 개선할 수 있습니다.많은 세미 모듈러 공급 장치에는 ATX 마더보드 및 8핀 EPS와 같이 끝에 커넥터가 있는 영구 다중 와이어 케이블이 있지만, "완전 모듈러"로 판매되는 새로운 공급 장치에서는 이러한 케이블도 연결을 끊을 수 있습니다.분리형 케이블의 핀 할당은 출력단에서만 표준화되어 있으며 전원 공급 장치에 연결할 단에서는 표준화되어 있지 않습니다.따라서 모듈형 전원 공급 장치의 케이블은 이 특정 모듈형 전원 공급 장치 모델에서만 사용해야 합니다.다른 모듈식 전원 공급 장치와 함께 사용하면 케이블 프라이머리가 호환되는 것처럼 보이더라도 핀 할당이 잘못되어 5V 또는 3V에 12V를 공급하여 연결된 구성 요소가 손상될 수 있습니다.3V 핀.[36]
기타 폼 팩터
12V 커넥터(SFX12V) 구성의 소형 폼 팩터는 마이크로와 같은 소형 폼 팩터(SFF) 시스템 레이아웃에 최적화되었습니다.ATX. 전원 공급 장치의 낮은 프로파일은 이러한 시스템에 쉽게 들어맞습니다.
12V 커넥터(TFX12V) 구성의 Thin Form Factor는 소형 및 저프로파일 Mini ITX 및 Mini DTX 시스템 레이아웃에 최적화되었습니다.전원 공급 장치의 긴 좁은 프로파일은 낮은 프로파일 시스템에 쉽게 적합합니다.냉각 팬 배치는 마더보드의 프로세서 및 코어 영역에서 공기를 효율적으로 배출하는 데 사용할 수 있으므로 일반적인 산업용 부품을 사용하여 더 작고 더 효율적인 시스템을 구현할 수 있습니다.[37]
대부분의 휴대용 컴퓨터는 25~200W를 제공하는 전원 공급 장치를 갖추고 있습니다.휴대용 컴퓨터(예: 노트북)에는 일반적으로 AC 전원을 하나의 DC 전압(가장 일반적으로 19 V)으로 변환하는 외부 전원(크기, 모양 및 무게에서 실제 벽돌과 유사하기 때문에 "전원 벽돌"이라고도 함)이 있습니다.노트북 내에서 추가적인 DC-DC 변환이 일어나 휴대용 컴퓨터의 다른 구성 요소들에 의해 요구되는 다양한 DC 전압을 공급합니다.
외부 전원 공급 장치는 자체에 대한 데이터(전원, 전류 및 전압 정격)를 컴퓨터로 전송할 수 있습니다.예를 들어, 정품 Dell 전원은 1-Wire 프로토콜을 사용하여 3번째 와이어로 노트북에 데이터를 전송합니다.그러면 노트북이 일치하지 않는 어댑터를 거부합니다.[38]
일부 컴퓨터는 단일 전압 12V 전원 공급 장치를 사용합니다.다른 모든 전압은 마더보드의 전압 조절기 모듈에서 생성됩니다.[27]
수명은 보통 MTBF(Mean Time Between Failure)로 지정되는데, 여기서 MTBF 등급이 높으면 장치 수명이 길고 신뢰성이 향상됨을 나타냅니다.스트레스가 적고 작동 온도가 낮으면 부품 고장률이 낮아지기 때문에 전기 부품의 품질이 최고 등급보다 낮거나 냉각 성능이 우수하면 MTBF 등급이 높아질 수 있습니다.[40]
25°C에서 최대 부하 상태에서 약 100,000시간(약 140개월)의 MTBF 값은 상당히 일반적입니다.[41]이와 같은 등급은 설명된 조건에서 PSU의 77%가 3년(36개월) 동안 고장 없이 작동할 것으로 예상되며, 이와 동일하게 작동 후 3년 이내에 고장이 발생할 것으로 예상되는 유닛은 23%에 이릅니다.예를 들어, 장치의 37%(반 이하)만이 고장 없이 100,000시간을 지속할 것으로 예상됩니다.[a]예측된 신뢰도를 계산하는 공식, R(t)는
여기서 t는 MTBF 사양과 동일한 시간 단위로 작동하는 시간이며, e는 대략 2.71828과 동일한 수학 상수이며, t는MTBF 제조업체가 지정한 MTBF 값입니다.[42][43]
서버, 산업용 제어 장비 또는 신뢰성이 중요한 기타 장소를 위한 전원 공급 장치는 핫 스왑이 가능할 수 있으며 N+1 이중화 및 무정전 전원 공급 장치를 포함할 수 있습니다.N부하 요구 사항을 충족하기 위해 전원 공급 장치가 필요하며, 이중화를 제공하고 고장 난 전원 공급 장치를 다운타임 없이 교체할 수 있도록 추가로 한 개가 설치됩니다.[44]
배선도
ATX 2.x 마더보드 전원 커넥터, 24핀(위) 및 4핀 "P4"(아래)의 핀 배치(플러그의[45] 접합면에서 볼 때)24핀 ATX 마더보드 전원 플러그; 핀 11, 12, 23 및 24가 분리 가능한 별도의 4핀 플러그를 형성하여 20핀 ATX 리셉터클과 역호환 가능
^Torres, Gabriel (2008-03-15). "How Much Power Can a Generic 500 W Power Supply Really Deliver?". Hardwaresecrets.com. Archived from the original on 2008-05-11. Retrieved 2009-03-28. Our generic 500 W power supply died when we tried pulling 275 W from it, so the maximum amount of power we could extract was 250 W – half the labeled amount!
^Nathan Kirsch (2005-03-30). Skyhawk PSU ATX12V & EPS12V Compliance. Legit Reviews. Retrieved 2009-09-24. On the front of the box it says "Triple Rails for +12V" and then goes on to say 'Intel ATX 12V Version 2.0 & EPS 12V Version 2.1". It turns out from our investigation that the above power supplies do not meet the ATX12V or EPS12V standards as the packaging claims.
^Rutter, Daniel (2008-09-27). "Lemon-fresh power supplies". dansdata.com. Retrieved 2008-09-28. The lemon-market in PC power supplies has now officially become bad enough that no-name generic "500W" PSUs may actually barely even be able to deliver 250 watts. A realistic constant rating for these units is more like 200 watts. So the capacity inflation factor's hit 2.5, and it's still rising.