Mengapa brownout sangat berbahaya?

Saya sedang membaca Apakah perlindungan lonjakan sebenarnya diperlukan? dan saya ingin tahu mengapa brownout sangat berbahaya. Penjelasan memberi ada "kapasitor mendapatkan di atas tegangan pengenal mereka" Tapi itu tidak masuk akal jika daya yang masuk ke PSU kurang dari tegangan biasa. Apa yang terjadi pada PSU yang berwarna cokelat kehancuran?

Apakah ada perlindungan yang dibangun pada PSU modern untuk mencegah kerusakan seperti itu? Apakah ada cara untuk melindungi komputer dalam kondisi kecoklatan selain menggunakan UPS?

Brownout adalah kondisi undervoltage, ketika pasokan AC turun di bawah nilai nominal sekitar 10% (Nominal berarti 110-120 atau 220-240 di sebagian besar tempat). Jadi di AS, brownout mungkin didefinisikan sebagai tegangan AC yang turun di bawah 99V. Spesifikasi Intel untuk catu daya ATX menentukan bahwa voltase antara 90 dan 135, dan 180 dan 265 harus memungkinkan operasi catu daya yang benar ( bagian 3.1 ), sehingga catu daya masih akan berjalan normal bahkan ketika terjadi brownout yang nyata.

Beberapa orang juga memasukkan pemadaman listrik yang sangat singkat (di bawah 30mS, atau sekitar 2 siklus AC) sebagai pemadaman, karena lampu pijar akan sebentar, tetapi jelas, redup selama waktu itu mirip dengan kondisi undervoltage nyata.

Dalam kedua kasus tersebut, Intel mendefinisikannya sebagai kondisi undervoltage, dan membahas persyaratan apa yang harus diikuti oleh catu daya ATX dalam kondisi seperti itu di bagian 3.1.3 dari Panduan Desain Catu Daya ATX12V Intel.

Catu daya harus mengandung sirkuit perlindungan sehingga penerapan tegangan input di bawah minimum yang ditentukan dalam Bagian 3.1, Tabel 1, tidak akan menyebabkan kerusakan pada catu daya.

Biasanya catu daya memiliki bagian input yang terdiri dari sekelompok sirkuit menarik yang, pada akhirnya, menyediakan sekitar 308 VAC ke transformator, yang kemudian memperkuat rangkaian pengaturan dan pengkondisian. Sirkuit ini sebenarnya membentuk dasar utama dari rangkaian regulasi, dan jika Anda menggunakan kurang dari watt penuh catu daya mungkin dapat mengelola dengan kondisi undervoltage yang signifikan tanpa keluar dari regulasi di sisi output.

Ketika terjadi brownout, power supply akan berusaha untuk memberikan arus pengenal selama itu dapat (berdasarkan pada tegangan dan arus yang masuk) dan jika tidak dapat mempertahankan regulasi maka akan mengurangi Power Goodsinyal yang masuk ke motherboard. Motherboard bertanggung jawab untuk menghilangkan power onsinyal yang masuk ke suplai, dan jika itu terjadi pada waktunya, maka suplai akan menjatuhkan semua output dan mematikannya.

Jika motherboard gagal melakukan ini, power supply harus menjatuhkan relnya ketika jatuh terlalu jauh dari peraturan, tetapi itu tidak dijamin, dan dengan catu daya berkualitas rendah Anda mungkin menemukan komponen dan motherboard Anda menerima kondisi undervoltage juga.

Apa yang terjadi pada titik itu tergantung pada seberapa kuat komponen-komponen itu, tetapi umumnya itu bukan hal yang baik karena komponen berusaha untuk beroperasi pada tegangan yang lebih rendah. Perlu diingat bahwa catu daya selalu memasok undervoltage pada power down untuk waktu yang singkat (menjatuhkan output ke 0 tidak instan) sehingga periode undervoltage yang sangat singkat baik-baik saja. Masalahnya hanya terjadi jika catu daya tetap dalam keadaan undervoltage untuk jangka waktu yang lama, yang hanya dapat terjadi jika catu daya dan motherboard gagal menyadari masalahnya, dan terus berusaha untuk beroperasi.

Ingatlah bahwa spesifikasi Intel tidak lebih dari pedoman industri, dan tidak ada lembaga sertifikasi. Bahkan pasokan listrik yang baik tidak terikat oleh perjanjian apa pun untuk mengikuti rekomendasinya. Bagian favorit saya adalah 3.1.5. Saya telah melihat banyak pasokan listrik, baik yang mahal maupun yang murah, gagal memenuhi rekomendasi itu!

Efek spesifik berbeda tergantung pada komponen yang sedang dibahas, yang sebenarnya merupakan diskusi terpisah.

PAI. P = IE. Daya = Waktu saat ini Tegangan. Jadi, jika tegangannya lebih rendah dalam warna cokelat, catu daya harus menarik lebih banyak arus dari listrik untuk mempertahankan daya yang sama. Jadi, sementara tegangan tegangan memang lebih rendah selama brownout, tegangan arus ke catu daya meningkat untuk mengimbangi.

Inilah jawaban singkatnya: Dalam brownout, catu daya perlu menarik lebih banyak arus untuk mengimbangi tegangan suplai yang lebih rendah, yang sangat menegangkan untuk transistor, kabel, dioda, dll. Mereka juga menjadi kurang efisien, yang membuat mereka menarik lebih banyak arus , memperparah masalah.

Inilah jawaban panjangnya: Sebagian besar PC (jika tidak semua) menggunakan switching power supply. Jika semua elemen suplai (transistor, transformator, kapasitor, dioda, dll.) Benar-benar ideal, suplai dapat mengambil tegangan input apa pun dan menghasilkan daya yang diinginkan pada tegangan yang diinginkan (selama ada cukup arus di input untuk mempertahankan P = IE).

Tetapi elemen-elemen itu semuanya jauh dari ideal, sehingga semua catu daya dunia nyata dirancang untuk beroperasi dalam kisaran tertentu, katakanlah 80 hingga 240V. Bahkan di dalam kisaran yang dirancang untuk mereka, efisiensi (persentase daya pada output pasokan dibandingkan dengan daya yang dibutuhkan pada input) cenderung turun ketika tegangan input semakin rendah. Anandtech memiliki contoh grafik yang bagus . Sumbu X adalah kekuatan pada output pasokan (beban) dan sumbu Y adalah efisiensi. Jadi pasokan ini paling efisien sekitar 300W.

Untuk input 120V, efisiensinya sekitar 85%, sehingga menarik sekitar 300W / 0,85 = 353W dari dinding untuk menghasilkan output 300W. 53W yang "hilang" hilang dalam sirkuit catu daya (itulah sebabnya PC Anda memiliki penggemar - rasanya seperti catu daya Anda memiliki bohlam 50W dalam sebuah kotak kecil dan perlu mengeluarkan panas). Karena P = IE, kita dapat menghitung arus yang dibutuhkan dari steker dinding untuk menghasilkan output 300W dari 120V: I = P / E = 353W / 120V = 2.9A. (Saya mengabaikan faktor daya agar penjelasan ini tetap sederhana.)

Untuk input 230V, efisiensinya 87%, jadi hanya menarik 344W dari dinding, yang bagus. Karena tegangannya jauh lebih tinggi, arus gambarnya jauh lebih rendah: 344W / 230V = 1.5A.

Tetapi dalam kondisi brownout 90V, efisiensinya bahkan lebih buruk daripada 120V: 83,5%. Jadi sekarang suplai menarik 300W / 0,835 = 359W dari dinding. Dan itu menarik lebih banyak saat ini: 359W / 90V = 4A!

Sekarang mungkin tidak akan terlalu menekankan catu daya ini karena diberi nilai 650W. Jadi mari kita lihat apa yang terjadi pada 650W. Untuk 120V, efisien 82% -> 793W dan 6.6A dari dinding. Tetapi efisiensinya bahkan lebih buruk pada beban tinggi, jadi untuk 90V kita melihat efisiensi 78,5%, yang berarti 828W dan 9.2A! Bahkan jika efisiensinya tetap di 78,5%, jika brownout pergi ke 80V itu perlu menarik 10,3A. Itu banyak saat ini; segala sesuatunya mulai meleleh jika tidak dirancang untuk arus seperti itu.

Jadi itu sebabnya brownout buruk untuk pasokan listrik. Mereka perlu menarik lebih banyak arus untuk mengimbangi tegangan pasokan yang lebih rendah, yang sangat membuat stres untuk transistor, kabel, dioda, dll. Mereka juga menjadi kurang efisien, yang membuat mereka menarik lebih banyak arus, memperparah masalah.

Contoh bonus: Berikut ini penjelasan singkat mengapa catu daya menjadi kurang efisien karena tegangan suplai berkurang. Semua komponen elektronik (transistor, transformer, bahkan jejak pada papan sirkuit tercetak) memiliki semacam hambatan yang setara. Ketika transistor daya diaktifkan "on", ia memiliki "on resistance", katakanlah 0,05 ohms. Jadi ketika 3A arus mengalir melalui transistor itu, ia melihat 3A * 0,05ohms = 0,15V di seluruh lead-nya. 0,15V * 3A = 0,45W daya yang sekarang dihamburkan dalam transistor itu. Itu daya limbah - panas dalam catu daya, bukan daya ke beban. Itu skenario 300W kami, skenario 120V.

Dalam skenario brownout 300W 90V, transistor memiliki resistansi 0,05ohm yang sama, tetapi sekarang ada 4A dari arus yang melewatinya, sehingga turun 4A * 0,05ohms = 0,2 V di seluruh lead-nya. 0.2V * 4A = 0.8W daya yang sekarang dihamburkan dalam transistor itu. Jadi setiap perangkat (dan ada banyak dari mereka) dalam catu daya yang memiliki resistansi / penurunan tegangan di atasnya akan menghasilkan lebih banyak panas (daya terbuang) ketika tegangan suplai turun. Jadi secara umum dan masuk akal, tegangan yang lebih tinggi memberi Anda efisiensi yang lebih tinggi.