Pecetowe zwierzę nieznane

Certyfikaty 80 PLUS

Zasilacze – oprócz wymaganych prawem atestów bezpieczeństwa – bardzo często mają certyfikat 80 PLUS (www.80PLUS.org). Inicjatywę oznaczania podjęła organizacja Ecos Consulting, która wraz z ERPI (Electric Power Research Institute, www.epri.com), czyli amerykańską organizację non-profit, która zajmuje się szeroko pojętym wykorzystaniem energii elektrycznej, opracowała normy pomiarowe sprawności (stosunek mocy oddanej w odbiorniku do mocy pobranej ze źródła) przy obciążeniach 20, 50 oraz 100 proc. obciążenia nominalnego (w 2011 roku dołożono pomiar przy 10 proc. dla znaczka Titanium). Pierwsza certyfikacja datuje się na luty 2005 roku i dotyczy modelu wyprodukowanego przez Seasonica, a z aktualnymi wynikami każdy może się zapoznać na stronie www.plugloadsolutions.com/80PlusPowerSupplies.aspx.

Założenie jest takie, że zasilacz musi się wykazać co najmniej 80-procentową sprawnością w każdym z tych punktów pomiarowych, przy czym współczynnik mocy przy maksymalnym obciążeniu musi mieć wartość co najmniej 0,9 – wtedy zasługuje na certyfikat 80 PLUS. Jeśli osiąga lepsze wyniki, to oznaczenie może być wzbogacone o odpowiedni dopisek: Bronze, Silver, Gold, Platinum i Titanium. Testy niestety nie są idealne i to z kilku powodów. Przede wszystkim nie uwzględniają zmian termicznych: są przeprowadzane w temperaturze pokojowej na stole laboratoryjnym, a nie w obudowach. Przy niewielkich mocach i obciążeniach nie ma to większego znaczenia, ale jeśli będziemy rozważać urządzenie o mocy np. 750 W pracujące w pobliżu swych maksimów, to do odprowadzenia będzie kilkadziesiąt watów w postaci ciepła. Prawdopodobnie, gdyby brano to pod uwagę, mniej urządzeń byłoby klasyfikowanych w ogóle, a jeśli już, to w niższej klasie.

Po drugie certyfikacja znakomitej większości modeli odbywa się jedynie przy napięciu zasilającym 115 V, a wyników tych nie da się bezpośrednio odnieść do napięcia 230 V. Nieznane są też używane przyrządy pomiarowe i nie jest kontrolowany pobór mocy w trybie stand-by. Czasem kwestionuje się też wybór środkowych progów obciążeniowych, sugerując, że powinno ich być więcej (choć chwali się sprawdzian przy 10-procentowym obciążeniu). Na koniec zarzut, który trudno odeprzeć: test nie odbywa się poprzez ślepy zakup kilku egzemplarzy w zwykłej sklepowej dystrybucji, ale polega na sprawdzeniu sztuki przysłanej przez producenta, który właściwie może dobrać ją dowolnie. Póki co nie ma jednak – oprócz testów – innej możliwości określenia jakości zasilaczy, więc trzeba korzystać z tego, co jest. Ogólna wskazówka jest taka: im większej mocy zasilacz jest potrzebny, tym wyższym certyfikatem powinien się wykazać.

Zasilacz do laptopa

Zakup zasilacza do laptopa – czasem trzeba zastąpić oryginał (został uszkodzony, zgubiony itp.), a niekiedy potrzebna jest druga jednostka np. na stałe w biurze – to zupełnie inna sprawa niż wybór modelu ATX. Koniecznie trzeba bowiem dostosować się do narzuconych przez producenta notebooka parametrów: pożądanego napięcia, wydajności prądowej, typu wtyczki i jej polaryzacji. Jeśli nie nabywamy urządzenia od wytwórcy urządzenia przenośnego (wtedy wystarczy znać jego model), to musimy dołożyć nieco starań. Jeśli mamy oryginalny zasilacz, rzecz jest prostsza, bo wprost oprócz oddawanych napięcia i natężenia prądu dostajemy informację o polaryzacji: plus na zewnątrz czy wewnątrz wtyczki. Mierzymy wtedy średnicę wtyku i z kompletem informacji udajemy się na zakupy. Gdy w ręce został nam tylko laptop, to oprócz odczytania wartości woltażu i amperażu (czasem te dane są ukryte na naklejce pod akumulatorem) czeka nas poszukiwanie w internecie informacji o polaryzacji wtyczki (jej odwrócenie może spowodować spalenie gniazda zasilania) i jej średnicy. Kupowany zasilacz powinien mieć dokładnie takie parametry, jakie ustaliliśmy podczas oględzin. Wyjątkiem jest wyższy amperaż: wtedy po prostu nasz dostarczyciel energii będzie pracował z mniejszym obciążeniem, ale bez szkody dla laptopa. Warto jednak wiedzieć, co będzie się działo, jeśli liczby te będą inne. Przy wyższym napięciu i prawidłowym natężeniu prądu niektóre urządzenia mogą pracować poprawnie, niektóre się wyłączą, ale przy odrobinie pecha możemy też mieć do czynienia z takim, w którym uszkodzeniu ulegnie płyta główna. Z kolei jeśli napięcie będzie nieco niższe, to przeważnie notebook będzie pracował, ale może się też wyłączyć. Natężenie prądu poniżej wskazanej wartości (przy prawidłowym napięciu) może spowodować przegrzanie lub uszkodzenie zasilacza, obniżenie napięcia (ze skutkami jak opisane wyżej) lub po prostu wyłączenie laptopa. Wszystkie te uwagi nie dotyczą jednak urządzeń, które są zasilane przez złącze Thunderbolt 3 lub USB-C. W tym przypadku wystarczy jedynie ustalić niezbędną moc, bo w przypadku laptopów napięcie zawsze będzie miało wartość 20 V, a wtyczka to przecież USB-C. Zasilacze spełniające normę USB PD (Power Delivery) 2.0 i 3.0 automatycznie dobierają napięcie spośród wartości 5, 9, 15 i 20 V.

Jak obliczyć potrzebną moc?

Jak wspomnieliśmy w tekście głównym, dla zasilacza optimum oznacza pracę w granicach 40–70 proc. jego mocy nominalnej, choć rzecz jasna urządzenie poradzi sobie i z większym obciążeniem, i z minimalnymi wymaganiami prądowymi. Zanim jednak będziemy zastanawiać się nad wyborem konkretnego modelu, trzeba wiedzieć, ile mocy potrzebuje nasz komputer. Jednocześnie musimy sobie odpowiedzieć na pytania, czy będziemy podkręcać procesor i kartę graficzną oraz czy planujemy w przyszłości rozbudowę zestawu o bardziej prądożerne elementy. Pamiętajmy, że dobry zasilacz bez problemu posłuży wiele lat i będzie to czas dłuższy niż okres eksploatacji przeciętnego zestawu. Poboru mocy nie ma sensu liczyć ręcznie – lepiej skorzystać z którejś z poniższych stron WWW, które zrobią to za nas. Bardzo aktualny jest serwis be quiet! – w chwili powstawania tego tekstu w pierwszych dniach lutego na liście kart graficznych był już AMD Radeon VII – a najbardziej szczegółowy kalkulator ma Enermax.

www.bequiet.com/pl/psucalculator
www.msi.com/calculator
www.evga.com/power-meter
www.enermax.outervision.com

Kosinus fi, czyli po co jest PFC

PFC to skrót od angielskiego terminu Power Factor Correction, czyli korekcji współczynnika mocy. Jeśli ktoś z fizyką nie jest za pan brat, to przypomnimy, w czym rzecz. Napięcie zasilające w sieci energetycznej ma przebieg sinusoidalny o częstotliwości 50 Hz, podobnie też przedstawia się natężenie prądu. W idealnej sytuacji po podłączeniu odbiornika oba te przebiegi przechodzą przez zero w tym samym momencie: mówimy wtedy, że obciążenie ma charakter rezystancyjny, a kąt fazowy między napięciem a prądem (oznaczany grecką literą fi, czyli φ) wynosi zero stopni. W rzeczywistości jednak taka sytuacja praktycznie się nie zdarza i przebiegi są przesunięte względem siebie (kąt fazowy jest różny od zera), a kierunek przesunięcia zależy od tego, czy obciążenie ma charakter indukcyjny, czy pojemnościowy. Zjawiska te (wynikające z fizycznej natury cewek i kondensatorów) wpływają na to, że w celu ustalenia poboru mocy musimy posiłkować się tzw. trójkątem mocy.

Moc wykorzystana przez odbiornik to moc czynna (oznaczana literą P) i jest wyrażana w watach (W). Jest też moc bierna (oznaczana literą Q i mierzona w woltoamperach – VA), która nie służy do wykonania pracy (trafia z powrotem do sieci zasilającej, ale niestety jednocześnie dodatkowo ją obciąża – zakłady przemysłowe są rozliczane także za moc bierną).

Zależność między tymi wielkościami można przedstawić za pomocą wspomnianego trójkąta mocy, w którym trzeci bok reprezentuje moc pozorną (oznaczaną literą S. w woltoamperach).
Jeśli teraz przypomnimy sobie definicje trygonometryczne (możemy to zrobić, bo mamy do czynienia z trójkątem prostokątnym), to zależność między mocą czynną a pozorną przyjmie postać wzoru: S * cos φ = P, przy czym zależność P/S nazywamy współczynnikiem mocy. Doprowadzenie do idealnej sytuacji – obciążenia rezystancyjnego i zrównania się mocy pozornej z czynną – oznacza, że współczynnik mocy ma wartość 1. W rzeczywistości jest to praktycznie niemożliwe, ale im bliżej jedności tym lepiej. Dlatego stosuje się mechanizmy kompensacji mocy biernej i poprawy współczynnika mocy. W zasilaczach od dawna mają one postać układów aktywnych, które zmieniają swoją charakterystykę w zależności od wartości obciążenia i pozwalają osiągać wartości P/S nawet 0,99.