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 می‌گیرد. در این مقاله به بررسی نقش منبع تغذیه، قطعات، استانداردها و انواع آن می‌پردازیم.

منبع تغذیه چیست؟

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

در بازار اصطلاحات مختلفی برای پاور رایانه به کار می‌رود. برخی به آن «پاور» می‌گویند و برخی دیگر از آن به عنوان «مبدل» یاد می‌کنند. بر روی بسته‌بندی منبع تغذیه نیز عبارت‌هایی نظیر «Power Supply»، «Power»، «Power Converter»، «Power Pack» و یا«PS» به چشم می‌خورد. اما عبارت «PSU» یکی از رایج ترین عبارت‌هایی است که برای نامیدن منبع تغذیه هم در رایانه‌های شخصی و هم در سرورها به کار می‌رود.

هر واحدی که در رایانه و یا سرور شبکه ما کار می‌کند، نیازمند استفاده از جریان الکتریسیته است. این جریان می‌تواند 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 رایانه‌های شخصی در قسمت پشت کیث‌ها همیشه مکانی برای نصب پاور قرار داده شده است. خروجی آن هم تعداد زیادی از کابل‌ها وسیم‌ها است که به قسمت‌های مختلف رایانه متصل می‌گردند. در لب تاپ‌ها و یا برخی دیگر از رایانه‌های قابل حمل اتصالات بیشتر به شکل مدارهای چاپی هستند و انرژی لازم از طریق کیت‌ها به قطعات مصرف کننده ارسال می‌شود.

برخی از اوقات استفاده از منبع تغذیه خارجی (External) هم دیده می‌شود 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 می‌شود و همین مورد می‌تواند به کاهش عمر مفید آن بینجامد.

در پاور از فن‌ها و سینک‌ها برای خارج کردن گرما استفاده شده است. بیشتر صدایی که ما از یک سرور و یا رایانه شخصی هم می‌شنویم ناشی از کار فن‌هایی 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 می‌کند و خروجی بین 3.3 تا 12 ولت (بسته به نیاز مدارهای الکتریکی رایانه ای) و در سرورها تا 24 ولت را تحویل می‌دهد.

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.

فن‌های خنک‌کننده 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 فرکانس‌های اضافی جلوگیری می‌کند. این جریانات ناخواسته در زمان سوئیچینگ‌ها و یا چرخش موتورهای الکتریکی به وجود می‌آیند.
• Input Capacitor: این قطعه سطح ولتاژ ورودی و خروجی را تنظیم و کنترل می‌کند.
• Power switching: این بخش هنگامی که سیستم شروع به کار می‌کند و یا خاموش می‌شود، ولتاژ خروجی را کنترل می‌کند.
• Transformer: همانطور که گفته شد، خروجی‌های مختلفی برای کار بخش‌های رایانه مورد نیاز است. تغییر سطح ولتاژ توسط این قطعه انجام می‌گیرد.
• 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 می‌کند.
• Output Filter: این قطعه در زمان روشن بودن سیستم به ذخیره انرژی می‌پردازد و زمانی که سیستم خاموش می‌شود، آن را به ترانزیستورها انتقال می‌دهد
• Heat Sink: همانطور که گفتیم در زمان روشن بودن منبع تغذیه انرژی زیادی تبدیل به گرما می‌شود. دفع این گرما به وسیله فن و سینک‌های گرمایی صورت می‌گیرد.

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 می‌کنند که این مقدار بر حسب وات بیان می‌شود. در زیر فهرستی از برخی از این موارد را برای شما ارائه کرده ایم.

• پردازنده‌ها: بین 80 تا 110 وات؛
• ماژول‌های رم: بین 10 تا 15 وات (یا بیشتر در رم‌های جدید)؛
• مادربرد یا شاسی: بین 50 تا 150 وات (و در سرورها بیشتر)؛
• فن‌ها 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؛
• اسلات‌های توسعه : 5 تا 150 وات (البته بسته به نوع سخت‌افزار نصب شده در این اسلات‌ها دارد)؛

در اینجا باید به یک نکته دقت کرد. در ماژول‌های رم معمول، رم‌ها مصرف انرژی زیادی ندارند اما هنگامی که از رم‌های با باس بسیار بالا استفاده می‌شود و یا آنکه از تعداد بیشتر رم استفاده می‌کنیم (این موارد در رایانه‌های شخصی تا 4 اسلات و در سرورها می‌تواند تا 96 اسلات رم برسد)، مقدار انرژی مصرفی در رم‌ها بسیار جدی مطرح می‌شوند.

برخی دیگر از قطعات هم جریان‌های مختلفی را در شرایط متفاوت طلب می‌کنند. برای مثال فن‌ها در زمانی که رایانه و سرور در شرایط نرمال کار میکند انرژی کمی را مصرف می‌کند اما در زمان افزایش بار کاری و گرمتر شدن رایانه برق بیشتری را مصرف می‌کنند و کار بیشتری را انجام می‌دهند.

چند استاندارد مطرح برای منبع تغذیه

به مانند سایر وسایل الکتریکی، منبع تغذیه نیز از استانداردهای مشخصی پیروی می‌کند. 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 می‌برند). اما با این حال بسیاری از استانداردهایی که درباره پاور مطرح می‌شود بسیار مشابه هم هستند.

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

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

پاور‌هات 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 می‌کنند. در این شیوه بدون خاموش کردن سرور، قطعات از جای خود خارج شده و یا وارد سامانه می‌شوند.

هارد درایوها، رم‌ها، منبع تغذیه و برخی دیگر از قطعات سخت‌افزاری که به صورت Hot plug باشند از این خصوصیت بهره‌مند 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 می‌شود، 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 فرکانس‌های 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 پاور 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 تغذیه‌هات پلاگ (Hot Plug) چیست؟

منبع تغذیه نصب گرم یا Hot Plug Power به نمونه ای از پاور گفته می‌شود 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.