Trong bài viết này chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu kỹ hơn về bộ nguồn máy tính (PSU – tên đầy đủ là Power Supply Unit). Như mình đã nói ở trong bài viết trước, rất nhiều bạn khi build case, xây dựng một cấu hình máy tính lại thường không quan tâm đến một thành phần vô cùng quan trọng trong máy tính đó là bộ nguồn.
Mình biết nhiều bạn rất chịu chơi, chi đậm tiền cho các thành phần như CPU, Card màn hình, Mainboard xịn…. nhưng bộ nguồn thì thường trang bị rất qua loa và không chịu tìm hiểu kỹ các thông số trước khi mua – chính vì thế máy tính thường xuống cấp rất nhanh hoặc rất nhanh hỏng. Vâng ! và trong bài viết này mình sẽ giúp các bạn hiểu hơn về một vài thông số quan trọng nhất trong bộ nguồn, giúp bạn có một lựa chọn đúng đắn hơn.
Nguồn điện ảnh hưởng như thế nào đến máy tính của bạn ?
Bộ nguồn là một thiết bị phần cứng cực kỳ quan trọng, nó sẽ cung cấp năng lượng điện cho toàn bộ hệ thống, và nó cũng là 1 trong những thiết bị quyết định đến tuổi thọ, độ bền, sự ổn định … của toàn bộ hệ thống phần cứng có trên máy tính.
Một khi bộ nguồn mà đã không đủ (hay nói cách khác là yếu sinh lý) thì chắc chắn là bạn sẽ gặp hàng loạt các lỗi khó chịu ví dụ như, máy tính tự động khởi động lại, khi chơi một số game nặng hay bạn sử dụng một số phần mềm đồ họa sẽ bị đứng hình liên tục, máy tính chạy ì ạch và không ổn định…. Vâng ! chưa hết đâu, một số lỗi như Card màn hình VGA của bạn bị vỡ hình, xuất hiện các ký tự lạ, Mainboard bị rộp và phồng lên … đây cũng là nguyên nhân do bộ nguồn yếu gây ra đấy.
1. Các dạng chuyển đổi năng lượng
Như các bạn đã biết, máy tính mà chúng ta vẫn sử dụng hằng ngày nó không thể sử dụng nguồn điện lưới trực tiếp được mà nó phải thông qua một bộ chuyển nguồn nhằm biến đổi dòng điện AC (xoay chiều) thành dòng điện DC (1 chiều) để cung cấp điện cho các linh kiện trong máy tính.
Trong quá trình sử dụng, bạn có thể bắt gặp 3 dạng chuyển đổi năng lượng điện phổ biến như sau:
- Từ AC sang DC – (xoay chiều => 1 chiều) : Dạng chuyển đổi này thường dùng làm nguồn cấp cho các thiết bị điện tử (ví dụ như Adaptor, sạc pin…).
- Từ DC sang DC (Convertor) – (một chiều => một chiều): Dạng chuyển đổi điện thế một chiều ra nhiều mức khác nhau.
- Từ DC sang AC ( Invertor) – (một chiều sang xoay chiều): Dạng chuyển đổi này thì thường dùng trong bộ lưu điện dự phòng (UPS,…).
Và một điều mà bạn nên biết nữa đó là nguồn máy tính là loại nguồn phi tuyến, nó khác với bộ nguồn tuyến tính đó là:
- Nguồn tuyến tính (thường cấu tạo bằng biến áp với cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp) cho điện áp đầu ra phụ thuộc vào điện áp đầu vào.
- Còn nguồn phi tuyến cho điện áp đầu ra ổn định hơn và ít phụ thuộc vào điện áp đầu vào trong giới hạn nhất định cho phép để đảm bảo an toàn cho các linh kiện bên trong máy tính.
2. Các thành phần có trong bộ nguồn máy tính
- Bộ biến áp: Có tác dụng hạ áp của điện lưới (dòng điện xoay chiều) xuống một mức thích hợp cho thiết bị. Điện thế ra của biến áp vẩn là dạng điện xoay chiều nhưng có mức điện áp thấp hơn rất nhiều. Ngoài ra, nó còn có nhiệm vụ cách ly các thiết bị với điện thế lưới.
- Bộ nắn điện (hay còn gọi là bộ chỉnh lưu): Có tác dụng chuyển đổi điện thế xoay chiều thành điện thế một chiều (DC). Tuy nhiên, các mạch điện tử trong thiết bị vẫn chưa thể sử dụng được điện thế này được.
- Bộ lọc chỉnh lưu: thành phần chính là tụ điện có nhiệm vụ giảm gợn sóng cho dòng điện DC sau khi được chỉnh lưu.
- Bộ lọc nhiễu điện: Để tránh các nhiễu và xung điện trên lưới điện tác động không tốt đến thiết bị, các bộ lọc sẽ giới hạn hoặc triệt tiêu các thành phần không tốt này.
- Mạch ổn áp: Có tác dụng ổn định điện áp cung cấp cho thiết bị khi có sự thay đổi bởi dòng tải, nhiệt độ và điện áp đầu vào (bạn có thể hình dung nó như kiểu LIOA mà chúng ta vẫn dùng trong nhà ý).
- Mạch bảo vệ: Hỗ trợ bảo bệ, giảm các thiệt hại cho thiết bị khi có các sự cố do nguồn điện gây ra (ví dụ như quá áp, quá dòng, …).
3. Bộ nguồn hoạt động như thế nào ?
Hiện nay, các bộ nguồn của máy tính đều hoạt động dựa theo nguyên tắc nguồn chuyển mạch tự động (switching power supply) với cách thức hoạt động như sau:
Dòng diện xoay chiều từ lưới điện được bộ chỉnh lưu nắn thành dòng điện một chiều chỉnh lưu => dòng điện này được các bộ lọc gợn sóng (tụ điện có dung lượng lớn) làm cho bằng phẳng lại thành dòng điện một chiều cấp cho cuộn sơ cấp của biến áp xung (transformer).
Dòng điện nạp cho biến áp xung này được điều khiển bởi công tắc bán dẫn (transistor switching) => công tắc bán dẩn này hoạt động dưới sự kiểm soát của khối dò sai / hiệu chỉnh, từ trường biến thiên được tạo ra trên biến áp xung nhờ công tắc bán dẫn hoạt động dựa trên nguyên tắc điều biến độ rộng xung (PWM-Pulse Width Modulation).
Xung điều khiển này có tần số rất cao từ 30~150 Khz (tức là có từ 30.000 ~150.000 chu kỳ/giây). Tần số này được giữ ổn định và độ rộng của xung sẽ được thay đổi khi có sự hiệu chỉnh từ bộ dò sai / hiệu chỉnh. Từ trường đó cảm ứng lên các cuộn dây thứ cấp tạo ra các dòng điện xoay chiều cảm ứng (dạng xung) sẽ được các bộ chỉnh lưu sơ cấp nắn lại lần nữa. Sau đó, qua các bộ lọc sơ cấp, dòng điện một chiều tại đây đã sẵn sàng cho các thiết bị sử dụng.
Để nhận biết được sai lệch về điện áp hay dòng điện của các đường điện thế ở các ngõ ra, từ đây sẽ có một đường hồi tiếp dò sai (feedback) đưa điện áp sai biệt về bộ dò sai / hiệu chỉnh. Khối này nhận các tín hiệu sai biệt và so sánh chúng với điện áp chuẩn, sau đó tác động đến công tắc bán dẫn bằng cách gia giảm độ rộng xung để hiệu chỉnh lại điện thế ngõ ra (ổn áp) hay cắt xung hoàn toàn làm bộ nguồn ngưng chạy trong các chế độ bảo vệ. Ưu điểm của bộ nguồn switching là gọn nhẹ (do hoạt động ở tần số cao nên có các linh kiện nhỏ gọn hơn), hiệu suất cao và có giá thành thấp.
4. Công suất nguồn điện
Trước tiên bạn cần quan tâm đến công suất của nguồn điện bạn muốn mua. Giá trị được tính như sau:
Watt (W) = Voltage (V) x Ampere (A)
Trong đó:
- V là hiệu điện thế.
- A là cường độ dòng điện.
Ví dụ mình có bộ nguồn có đường 3,3 V là 25 A, đường điện 5 V là 25 A và đường 12 V là 19 A thì ta có thể tính được công suất của các đường điện như sau:
- Công suất của đường điện 3.3 V = 3.3 V x 25 A = 83 W
- Công suất của đường điện 5 V = 5 V x 25 A = 125 W
- Công suất của đường điện 12 V = 12 V x 19 A = 228 W
Okey, như vậy tổng công suất nguồn sẽ là 83 W + 125 W + 228 W = 436 W. Tuy nhiên trên thực tế còn nhiều yếu tố khác ảnh hưởng tới con số tổng này.
5. Đường điện (màu dây)
Có thể bạn chưa biết là bộ nguồn thì thường có rất nhiều đường điện có hiệu điện thế khác nhau đó là +3,3V, +5V, +12V, -5V, -12V. Mỗi đường điện lại có ý nghĩa khác nhau, mình giải thích như sau:
- Dây màu vàng: +12V, -12V
- Dây màu đỏ: +5V, -5V
- Dây đen là dây mát (Ground)
- Dây màu tím có điện áp 5Vsb (5V standby)
- Dây màu cam +3.3V
Trong số các đường điện chính, những đường có giá trị dương (+) đóng vai trò quan trọng hơn, điều đó đồng nghĩa với việc bạn phải luôn để mắt tới chúng. Mỗi đường sẽ có chỉ số Ampere (A) riêng và con số này càng cao càng tốt.
Ngược lại, các đường điện âm của các bộ nguồn hiện nay khá là thấp bởi chúng không còn quan trọng nữa. Mặc dù một bộ nguồn ATX 20 chân, có chân số 12 là -12 V và chân số 18 là -5 V nhưng hầu như không bao giờ được dùng. Một số thiết bị cần tới điện thế âm bao gồm:
- Các card mở rộng ISA.
- Các cổng Serial hoặc LAN
- Dùng cho ổ đĩa mềm thế hệ cũ.
Tác dụng chính của các đường điện
- Đường điện 0 V: Đường điện ” mát ” (Ground) hay còn gọi là đường dùng chung (common) của các hệ thống máy tính cá nhân.
- Đường điện +3,3 V: Xuất hiện lần đầu tiên khi chuẩn ATX ra đời và ban đầu nó được sử dụng chủ yếu cho bộ vi xử lý. Hiện nay các Mainboard mới đều nắn dòng +3,3V để nuôi bộ nhớ chính.
- Đường điện -5 V: Được sử dụng chủ yếu cho các bộ điều khiển ổ đĩa mềm và mạch cấp điện cho các khe cắm ISA cũ. Công suất đường -5V cũng chỉ dưới 1 A.
- Đường điện +5 V: Đường điện này có nhiệm vụ chính là cấp điện cho Mainboard (bo mạch chủ) và các thiết bị ngoại vi.
- Đường điện -12 V: Đường điện này là nguồn điện chính cho các mạch điện cổng Serial nhưng đối với các hệ thống máy tính hiện nay thì ít được dùng . Mặc dù các bộ nguồn mới đều có tính tương thích ngược nhưng công suất các đường -12V chỉ chưa tới 1 A.
- Đường điện +12 V: Đây là đường điện đóng vai trò quan trọng nhất, ban đầu nó được sử dụng để cấp nguồn cho mô tơ của đĩa cứng cũng như quạt nguồn và một số thiết bị làm mát khác có trong hệ thống máy tính. Tuy nhiên, về sau này nguồn điện +12V còn cung cấp điện cho các khe cắm hệ thống, card mở rộng hay thậm chí là cả chíp (CPU) cũng “ăn theo” dòng +12V này.
- +5 VSB (5 V Standby): Đây là nguồn điện được bộ nguồn cung cấp trước, nguồn điện này dùng để phục vụ cho việc khởi động máy tính, nguồn điện này có lập tức khi ta nối bộ nguồn vào nguồn điện nhà bạn (AC). Đường điện này thường có dòng cung cấp nhỏ dưới 3A.
Nguyên lý hoạt động: Khi công tắc nguồn được bật lên bộ nguồn sẽ mất một chút thời gian để các thành phần trong nguồn xuất ra điện năng => và bắt đầu cung cấp điện cho các thành phần trên máy tính hoạt động. Nếu dòng điện mà không ổn định thì các link kiện trên máy tính rất dễ bị hỏng, chính vì thế mà sau khi bạn nhấn vào nút bật nguồn điện lên thì phải mất 2- 3 giây sau hệ thống mới bắt đầu làm việc.
=> Lý do đơn giản đó là hệ thống đang chờ tín hiệu đèn xanh, cho biết điện thế đã đủ và đã sẵn sàng từ bộ nguồn đến bo mạch chủ (Mainboard). Nếu như không có tín hiệu đèn xanh này thì bo mạch chủ sẽ không làm việc để đảm bảo an toàn cho các linh kiện gắn trên nó.
6. Các loại chân cắm kết nối đầu ra của bộ nguồn
Dây cắm của nguồn điện máy tính được đánh dấu bằng mã màu rất chi tiết. Cụ thể màu đỏ là điện +5 V, màu vàng là +12 V, màu đen là dây ” mát ” (Ground)… Chúng được tập hợp lại thành những dạng chân cắm cơ bản sau đây:
- Đầu cắm Molex: Chân cắm này thường được sử dụng cho các loại đĩa cứng và ổ đĩa quang. Ngoài ra, bạn cũng có thể sử dụng chân cắm này để cắm thêm quạt tản nhiệt và một số thiết bị khác như card đồ họa..
- Đầu cắm vào bo mạch chủ (Motherboard): Thường bao gồm 20 – 24 chân cắm tùy vào bo mạch chủ của bạn. Phiên bản khác của đầu cắm này là 20+4 chân (ghép 1 đầu 20 chân và 1 đầu 4 chân lại với nhau) – rất phù hợp cho cả bo mạch dùng 20 và 24 chân.
- Đầu cắm cấp nguồn cho bộ xử lý trung tâm (CPU) (+12V power connector): Có hai loại đó là loại bốn chân và loại tám chân (thông dụng là bốn chân, các nguồn mới thiết kế cho các bo mạch chủ đời mới sử dụng loại tám chân.
- Đầu cắm cho ổ cứng, ổ quang (giao tiếp ATA) (Peripheral connector): Gồm 4 chân.
- Đầu cắm cho ổ đĩa mềm: Gồm 4 chân.
- Đầu cắm cho ổ cứng, ổ quang giao tiếp SATA: Gồm 4 dây.
- Đầu cắm cho các cạc đồ hoạ cao cấp: Gồm 6 chân.
7. Bộ nguồn tản nhiệt như thế nào ?
Tất nhiên, trong quá trình sử dụng thì nguồn điện sẽ khá là nóng. Để giải quyết cho vấn đề nhiệt độ của các linh kiện có trong bộ nguồn thì đa số các bộ nguồn hiện nay đều dùng phương pháp tản nhiệt bằng không khí là chính (dùng quạt để làm mát).
Quạt thông dụng nhất có kích thước 80 mm hoặc 120 mm và có tốc độ quay từ 2.200 ~ 3.500 vòng/phút. Quạt có tốc độ quay càng cao thì việc tản nhiệt càng hiệu quả, tuy nhiên độ ồn cũng từ đó mà tăng theo