منبع تغذیه چیست؟ و چطور کار میکند و چه انواعی دارد؟

منبع تغذیه یا پاور به عنوان یکی از قطعات مهم رایانه و یا سرور است که در هنگام خرید و یا توسعه بسیار مورد توجه قرار می گیرد. در این مقاله به بررسی نقش منبع تغذیه، قطعات، استانداردها و انواع آن می پردازیم.

منبع تغذیه چیست؟

منبع تغذیه یا Power Supply Unit یکی از واحدهای اصلی رایانه ها و سرورها است. این واحد برق شهری (جریان متناوب AC) رابه عنوان ورودی قبول کرده و آن را تبدیل به برق جریان مستقیم (DC) می کند. همچنین وظیفه تقسیم انرژی رایانه بر عهده پاور است.

در بازار اصطلاحات مختلفی برای پاور رایانه به کار می رود. برخی به آن «پاور» می گویند و برخی دیگر از آن به عنوان «مبدل» یاد می کنند. بر روی بسته بندی منبع تغذیه نیز عبارت هایی نظیر «Power Supply»، «Power»، «Power Converter»، «Power Pack» و یا«PS» به چشم می خورد.  اما عبارت «PSU» یکی از رایج ترین عبارت هایی است که برای نامیدن منبع تغذیه هم در رایانه های شخصی و هم در سرورها به کار می رود.

هر واحدی که در رایانه و یا سرور شبکه ما کار می کند، نیازمند استفاده از جریان الکتریسیته است. این جریان می تواند به صورت مستقیم از منبع تغذیه و یا به شکل غیرمستقیم از مادربورد تامین گردد. در هر دو روش وظیفه اصلی تامین جریان انرژی بر عهده پاور است.

در رایانه های شخصی در قسمت پشت کیث ها همیشه مکانی برای نصب پاور قرار داده شده است. خروجی آن هم تعداد زیادی از کابل ها وسیم ها است که به قسمت های مختلف رایانه متصل می گردند.  در لب تاپ ها و یا برخی دیگر از رایانه های قابل حمل اتصالات بیشتر به شکل مدارهای چاپی هستند و انرژی لازم از طریق کیت ها به قطعات مصرف کننده ارسال می شود.

برخی از اوقات استفاده از منبع تغذیه خارجی (External) هم دیده می شود که کار توصیه شده ای نیست.

به خاطر مجاورت دائمی با برق شهری و نوسانات آن، منبع تغذیه به نسبت دیگر قطعات رایانه ای عمر کمی دارد. به علاوه اگر رایانه و یا سرورها تحت بارهای کاری سنگین باشند، پاور به شدت داغ می شود و همین مورد می تواند به کاهش عمر مفید آن بینجامد.

در پاور از فن ها و سینک ها برای خارج کردن گرما استفاده شده است. بیشتر صدایی که ما از یک سرور و یا رایانه شخصی هم می شنویم ناشی از کار فن هایی است که در حال خنک کردن پاور هستند.

منبع تغذیه جریان برقی بین 110 تا 230 ولت (بسته به نوع جریان برق شهری منطقه ای) را دریافت می کند و خروجی بین 3.3 تا 12 ولت (بسته به نیاز مدارهای الکتریکی رایانه ای) و در سرورها تا 24 ولت را تحویل می دهد.

خروجی پاور بسیار متنوع است. برای مثال مادربرد و پردازنده بیشتر درخواست انرژی را دارند، اما قطعاتی مانند صفحه کلید و یا ماوس و یا حتی درایوهای لوح فشرده در حالت بیکار بودن، کمترین درخواست انرژی را دارند.

فن های خنک کننده از قطعاتی در رایانه هستند که به انرژی زیادی احتیاج دارند.

اجزای داخلی منبع تغذیه

• Line Filter یا EMI :   این قطعه از ورود و خروج فرکانس های اضافی جلوگیری می کند. این جریانات ناخواسته در زمان سوئیچینگ ها و یا چرخش موتورهای الکتریکی به وجود می آیند.
• Input Capacitor:  این قطعه سطح ولتاژ ورودی و خروجی را تنظیم و کنترل می کند.
• Power switching: این بخش هنگامی که سیستم شروع به کار می کند و یا خاموش می شود، ولتاژ خروجی را کنترل می کند.
• Transformer: همانطور که گفته شد، خروجی های مختلفی برای کار بخش های رایانه مورد نیاز است. تغییر سطح ولتاژ توسط این قطعه انجام می گیرد.
• Output Diodes: همانطور که از نام این قطعه پیداست، آن یک دیود است که وظیفه آن یکسوسازی جریان برق است. همچنین در برخی از اوقات جریان برق را قطع می کند.
• Output Filter:  این قطعه در زمان روشن بودن سیستم به ذخیره انرژی می پردازد و زمانی که سیستم خاموش می شود، آن را به ترانزیستورها انتقال می دهد
• Heat Sink: همانطور که گفتیم در زمان روشن بودن منبع تغذیه انرژی زیادی تبدیل به گرما می شود. دفع این گرما به وسیله فن و سینک های گرمایی صورت می گیرد.

واحد اندازه گیری در منبع تغذیه

وات (Wat) اصلی ترین واحد سنجش کارکرد یک پاور است. هر کدام از قطعات دیگر رایانه مقدار مشخصی از انرژی را مصرف می کنند که این مقدار بر حسب وات بیان می شود. در زیر فهرستی از برخی از این موارد را برای شما ارائه کرده ایم.

• پردازنده ها: بین 80 تا 110 وات؛
• ماژول های رم: بین 10 تا 15 وات (یا بیشتر در رم های جدید)؛
• مادربرد یا شاسی: بین 50 تا 150 وات (و در سرورها بیشتر)؛
• فن ها و سایر تجهیزات جانبی: 3 تا 10 وات؛
• هارد دیسک: 15 تا 30 وات؛
• درایورهای نوری و یا دی وی دی رایترها: 20 تا 30 وات؛
• اسلات های توسعه : 5 تا 150 وات (البته بسته به نوع سخت افزار نصب شده در این اسلات ها دارد)؛

در اینجا باید به یک نکته دقت کرد. در ماژول های رم معمول، رم ها مصرف انرژی زیادی ندارند اما هنگامی ه از رم های با باس بسیار بالا استفاده می شود و یا آنکه از تعداد بیشتر رم استفاده می کنیم (این موارد در رایانه های شخصی تا 4 اسلات و در سرورها می تواند تا 96 اسلات رم برسد)، مقدار انرژی مصرفی در رم ها بسیار جدی مطرح می شوند.

برخی دیگر از قطعات هم جریان های مختلفی  را در شرایط متفاوت طلب می کنند. برای مثال فن ها در زمانی که رایانه و سرور در شرایط نرمال کار میکند انرژی کمی را مصرف می کند اما در زمان افزایش بار کاری و گرمتر شدن رایانه برق بیشتری را مصرف می کنند و کار بیشتری را انجام می دهند.

چند استاندارد مطرح برای منبع تغذیه

به مانند سایر وسایل الکتریکی، منبع تغذیه نیز از استانداردهای مشخصی پیروی می کند. البته ممکن است این استانداردها در کشورهای مختلف متفاوت باشد (برای مثال کشورهایی که از ولتاژ 110 استفاده میکنند با کشورهایی که از ولتاژ 220 بهره می برند). اما با این حال بسیاری از استانداردهایی که درباره پاور مطرح می شود بسیار مشابه هم هستند.

استانداردهای CE، UL، CB، TUV، FCC، CSA، BSI، EMI، NKO، VDE، FI، S، N، D، CUL برای منبع تغذیه تبین شده اند.

برخی از شرکت های تولید کننده نظیر HPE، Intel، AMD نیز شرایط و استانداردهایی را برای پاور مطرح کرده اند.

پاور هات پلاگ (Hot Plug) چیست؟

در سرورها برای آنکه بتوان بدون توقف جریان کار قطعات را تعویض کرد از شیوه ای به نام «نصب گرم» یا Hot Plug استفاده می کنند. در این شیوه بدون خاموش کردن سرور، قطعات از جای خود خارج شده و یا وارد سامانه می شوند.

هارد درایوها، رم ها، منبع تغذیه و برخی دیگر از قطعات سخت افزاری که به صورت Hot plug باشند از این خصوصیت بهره مند هستند.

منبع تغذیه دوبل چیست؟

منبع تغذیه دوبل در واقع به معنای استفاده کردن از دو منبع تغذیه به صورت همزمان در یک سرور است. این شکل استفاده که به آن Redundant  هم گفته می شود، این مزیت را دارد که در صورتی که پاور اصلی از مدار خارج شد، منبع تغذیه جایگزین وارد مدار شده و سرور بدون مشکل به کار خود ادامه میدهد. تعداد پاور میتواند دو تا هشت مورد بسته به نوع سرور و شرایط کاری باشد.

سوالات متداول

منبع تغذیه چیست؟

منبع تغذیه یا Power Supply Unit وظیفه تبدیل برق شهری (متناوب AC) به مستقیم (DC) و توزیع آن به قطعات مختلف رایانه و یا سرور را برعهده دارد.

منبع تغذیه از چه قطعاتی ترکیب شده است؟

در منبع تغذیه Line filter برای فیلتر فرکانس های ورودی و خروجی، Input Capacitor برای تعیین سطح ولتاژ، Power Switching برای تامین جریان در زمان سوئیچ کردن، Transformer برای تغییر سطح ولتاژ، Output Diodes برای یکسوسازی جریان برق، Output Diodes برای یکسوسازی جریان برق و قطع آن، Output Filter برای تامین برق ترانزیستورها و Heat Sink برای دفع گرمای اضافی استفاده شده است.

بهترین توان برای منبع تغذیه چقدر است؟

این مقدار وابستگی زیادی به مقدار کار انجام شده توسط رایانه و یا سرور دارد. هر چه قطعات پر مصرفتری بر روی رایانه و یا سرورمان استفاده شود، توان منبع تغذیه بالاتری مورد نیاز است.

منبع تغذیه هات پلاگ (Hot Plug) چیست؟

منبع تغذیه نصب گرم یا Hot Plug Power به نمونه ای از پاور گفته می شود که امکان خارج ساختن آن در هنگام روشن بودن سرور وجود دارد.

منبع تغذیه اضافه یا دوبل (Redundant ) چیست؟

مزیت این کار آن است که در صورت از کار افتادن و یا خارج شدن پاور اصلی از مدار، منبع تغذیه جایگزین وارد مدار شده و سرور بدون مشکل به کار خود ادامه میدهد. تعداد پاور میتواند دو تا هشت مورد بسته به نوع سرور و شرایط کاری باشد.