Vse, kar moram vedeti o napajalnikih I.

Že nekaj časa sem si želel napisati prispevek o napajalniki, saj so zame ena izmed bolj fascinantnih računalniških komponent, vendar v zadnjih mesecih nisem našel dovolj časa, za njeno udejanjenje. Žal je naš trg majhen/omejen in kvalitetnih vsebin venomer primanjkuje.

Tako se v iskanju informacij vedno znova znajdeš na tujih spletnih straneh ali forumih. Živimo v času poplave informacij, kjer je za naziv “mojstra” potreben zgolj ogled dveh ali treh posnetkov na Youtube, prevladuje konformizem, kjer se večina ne odloči za preverbo pridobljenih informacij še pri kakšnem drugem viru. Zgoraj napisano je mišljeno širše in v življenju si obnesel še dobro, če si/se boš opekel zgolj pri nakupu napajalnika. Da do tega ne bi prišlo, se osredotočiva na temo, ki je razlog klika na prispevek.

Kot lahko razbereš iz naslova, se bova tokrat osredotočila na enega izmed bolj pomembnih, a po drugi strani pogosto spregledanih, sestavnih delov vsakega računalnika – napajalnik. Dokler bo deloval kot mora, bo razlika med cenenim in kvalitetnim za navadnega uporabnika obskurna in bo omejena na glasnost ventilatorja, višino položnice in električne piskajoče zvoke (javkanje tuljave oz. po angleško “coil whine”), ki jih napajalniki včasih oddajajo. Zraven lahko dodava še varnostno izklapljanje računalnika, v kolikor je kupljen napajalnik prešibak za konfiguracijo. A osrednja razlika med kvaliteto in cenenostjo je v dolgoživosti, stabilnosti in zanesljivosti, saj lahko težave z napajalnikom povzročijo večkratnik stroškov prvotne investicije. V najslabšem primeru ob napaki na sekundarni strani (output) ostaneš brez dobršnega dela komponent.

Upam, da sem te prepričal, da je napajalnik eden izmed vitalnih delov vsakega sistema, ki mu je potrebno nameniti vsaj nekaj pozornosti. Ravno zato je izogibanje neznanih znamk s sumljivo nizkimi cenami in zavajajoče visoko močjo največkrat edina dobra izbira. Kako vendarle ločiti rodovitno seme od plevela in zakaj napajalnik za nekaj cekinov ni stvar, ki bi jo lahko komurkoli dobrosrčno zaželel? Začniva na začetku.

Kako deluje

Na kratko, napajalniki imajo dokaj trivialno osnovno nalogo. To je pretvarjanje omrežne napetosti (izmeničnega toka – v EU 230V 50Hz) v enosmerni tok na veliko nižjih napetostih – +12V, +5V, +3.3V in -12V in s tem dovajanje moči celotnemu sistem. Cilj je doseči najbližji približek in čim manj nihanja na posameznih linijah. Tukaj osrednjo vlogo odigra premišljen dizajn in uporaba kakovostnih sestavnih delov (japonski kondenzatorji, DC-DC, ustrezni krmilniki…).

Certifikati in učinkovitost

Kot pri ostalih napravah, tudi pri napajalnikih med pretvarjanjem prihaja do izgub v obliki toplote, saj noben ni 100% učinkovit. V 2004 je tako nastal certifikatski sistem, ki ga danes poznamo pod 80 PLUS. Za dosego najnižjega standarda je v EU potrebno dosegati vsaj 82% energijsko učinkovitost pri 20% in 100% obremenitvi, ter 85% pri 50% obremenitvi. Napajalniki so najučinkovitejši med 40% in 60% obremenitvijo.

Bistvene stvari, ki jih je moč razbrati iz tabele:

• Obstaja šest različnih oznak, ki so večinoma poimenovane po plemenitih kovinah
• Titanium certifikat predstavlja standard najučinkovitejših enot
• zgolj od Titanium enot se zahteva visoka učinkovitost pri 10% obremenitvi
• Zahteve za 115V AC so nižje od 230V AC
• Za pridobitev najnižjega 80 PLUS certifikata je potrebna vsaj 82% učinkovitost (EU)

“Značke” za uspešno opravljeno testiranje najdeš spodaj. Skorajda vedno jih lahko opaziš na embalaži in tudi samem napajalniku, saj nenazadnje služijo kot uspešen marketinški material.

Tovrstno licenciranje ni brezplačno (stane okoli 2000€ za enoto), zaradi česar se ga zlasti v najnižjem cenovnem razredu večkrat ne poslužujejo. Namesto tega proizvajalci na svoje izdelke nalepijo lastne nalepke, kot so 83+, 85 Plus ipd, ki nimajo ničesar skupnega z 80Plus certificiranjem, omenjenimi zgoraj. Ali prikazujejo dejansko efektivnost napajalnika ne moreš vedeti brez ustrezne opreme in preizkusa.

Tovrstne oznake lahko najdeš na cenejših Antec, Thermaltake in napajalnikih preostalih znamk. Pa to že samo po sebi pomeni, da so tovrstni izdelki slabi? Nikakor, seveda gre najpogosteje za vstopne napajalnike pod 50€ (npr. Antec VP400PC je popolnoma ok enota za nižji rang), kjer brez vpogleda v neodvisen test nikoli ne veš, kaj te čaka. Seveda lahko za razumen denar prejmeš spodoben izdelek, ki bi razumne kvalitete in bo dosegal navedeno učinkovitost

Vseeno so certificirane enote praviloma kvalitetnejše in v kolikor računalnika ne uporabljaš za preprostejša opravila in občasno igranje iger (vstopne komponente), je nakup takšnega (z opravljenim certificiranjem) priporočljiv.

Vsakdo si želi lastiti stabilen in varčen računalnik, a to še ne pomeni, da je 80+ Titanium enota najbolj ekonomičen nakup na dolgi rok. Življenjska doba najkvalitetnejših napajalnikov lahko seže globoko v dvomestno število let (najkakovostnejši imajo 10 ali celo 12 letno garancijo proizvajalca), med tem, ko se nekvalitetni po pravilu pokvarijo bistveno hitreje. Nedvomno je višji izkoristek boljši in nizke energijske izgube pri pretvorbi dobra stvar. Višja učinkovitost se pozna in skozi leta denarnica ostane nekaj debelejša, a potrebno se je zavedati tudi, da napajalniki z leti del moči izgubijo, slabša pa je tudi sama regulacija. Na [H]ard|OCP so pred prenehanjem delovanja opravili teste treh kakovostnih napajalnikov (za tisti čas) z 10 letno kilometrino in čeravno so vsi še zmeraj delovali, so bile nekatere dosežene vrednosti že izven ATX specifikacij (več stresa – nižja življenjska doba preostalih komponent).

Titanium enote so odlične in preprosto označujejo najkvalitetnejše napajalnike na trgu (za dosego standarda morajo biti uporabljeni najkakovostnejši sestavni deli in premišljen dizajn). Zaradi visoke vstopne cene (200€+) postane prihranek napram 80+ Gold enotam preprosto premajhen, da bi postale kaj drugega kot niša entuziastov.

Za domačo rabo je najsmotrnejši nakup 80+ Bronze, 80+ Silver oz. 80+ Gold enot v primeru požrešnejših sistemov. 80+ Bronze napajalniki so običajno cenejši in predstavljajo najzanimivejšo naložbo za lastnike domačih računalnikov, 80+ Gold pa najpogosteje pristanejo v računalnikih zahtevnejših uporabnikov.

Prihranek: Po navedbah Statističnega urada Republike Slovenije je povprečna cena za kW (gospodinjstva) z vsemi dajatvami v 2019 znašala 0.17€ na kW (enotarifni). Poglejva, koliko bi prihranil napajalnik z 80+ Gold napram takšnemu brez certifikata. Upošteval bom povprečno 2 uri (250W porabe) igranja iger in 3 ure (90W porabe) delovanja računalnika dnevno (velika večina tukaj ga najbrž uporablja dlje 🙂 ).

50% obremenitev napajalnika
GOLD enota – 250W/0,92=~271W
70% enota – 250/0,75=~333W

Normalna raba
GOLD enota – 90W/0,88=~102W
70% enota – 90W/0,70=~129W

Letna poraba
GOLD enota – 271Wx2x365+102Wx3x365=197.830W+111.690W=309,52kW

70% enota – 333Wx2x365+129Wx3x365=243.090W+141.255kW=384,35kW

Letna poraba GOLD enote: 52€
Letna poraba 70% enote: 65€

Ob višji zanesljivosti, kakovosti, stabilnejših linijah in posledično daljši življenjski dobi vseh komponent z 80+GOLD enoto napram povprečni ne-licencirani enoti pri 5 urni dnevni rabi prihraniš dobrih 13€. Večina 80+GOLD enot pride tudi s 3 ali več letno garancijo, kar pomeni prihranek okoli 70€ (13€x3€+30€) v zgolj treh letih (upoštevana znatno krajša življenjska doba cenenih napajalnikov).

Mit: Nekateri uporabniki mislijo, da napajalnik z nazivno močjo 700W vseskozi porablja 700W. To nikakor ne drži. Napajalnik iz električnega omrežja vleče toliko energije, kot jo računalnik v danem trenutku potrebuje. Ko komponente potrebujejo 300W, bo povprečen 600W 80+ Bronze (85% učinkovitost) napajalnik iz omrežja povlekel 352W, kjer bo 52W zaradi izgub pretvorjenih v toploto.

Priporočilo: Več je vedno bolje kajne? Pri napajalnikih je zahtevana moč lastnega sistema mnogokrat precenjena, saj je vendarle bolj varno kupiti 700W napajalnik, čeravno sistem porabi zgolj okoli 250W. Velja nepisano pravilo, ki priporoča okoli 150-200W rezervne moči. Napajalniki so najbolj učinkoviti pri 40%-60% obremenitvi in nakup dražjih ali manj kakovostih 700W napajalnikov ne doprinese ničesar (morda le v kolikor ciljaš na semi-passiv princip). Kakovosten 400W-500W napajalnik bo zadostoval za povprečen sistem (Ryzen 3600, RTX 2070/ RX 5700). Primer odličnega 450W napajalnika.

Dolga leta nazaj je velika večina napajalnikov še uporabljala ti. passive PFC, kjer si na zadnjem delu imel dodaten gumb za menjavo med 115V in 230V AC. Na ta način sem očetu v otroštvu uničil enega izmed njegovih računalnikov. Velika večina sodobnih napajalnikov menjavo opravi samodejno (active PFC), čeravno lahko v Evropi kupimo tudi napajalnike, ki imajo oznako 230V EU ali EU only.

Dejstvo: Napajalniki znotraj certificirane skupine se med seboj razlikujejo. Pojav, kjer določen 80+ Bronze napajalnik dosega Gold certifikat, ni tako redek . En izmed primerov je Chieftec Navitas 1250W, ki uradno nosi 80+ Gold certifikat a v mnogih testih dosega standard 80+ Platinum.

Linije

V sodobnih napajalnikih najdemo tri osredje linije +3,3V, +5V in +12V. -12V linija se v testih več ne preizkuša, saj je zanemarljiva in lahko recimo napajalnik stane certifikata, tako ob napisanem 12V vedno ciljam na +12V.

Starejši napajalnik oz. arhitekturo lahko od sodobnega ločiš že zgolj ob pogledu nazivnih vrednosti za liniji 3.3V in 5V. Začasa Pentium III sta bili omenjeni liniji izjemno pomembni, saj sta napajali procesor. Dandanes temu več ni tako, procesorji in grafične kartice moč dobijo preko 12V linij. Tako ob nakupu napajalnika najprej preveri moč 12V linije (biti mora čim bližje oklicani vrednosti napajalnika).

Za razliko od Same ima Energon EPS 550W štiri 12V linije, kjer na vsaki premore do 18A. To seveda ne pomeni, da skupaj zmore 18Ax4=72A saj bi v tem primeru 72Ax12V=864W šlo za 900W napajalnik. Tako skupna moč vseh štirih linij znaša do 450W. Moč posamične doseže 18Ax12V=216W.

Opaziš lahko nenavadno močni 3.3V in 5V liniji in čeravno napajalnik lahko dostavi do 550W moči, dobršen del te dosega na linijah, ki nam niso interesantne. Neozaveščeni uporabniki namesto posameznih linij, moč povezujejo z deklarirano močjo na nalepki, kar proizvajalci s pridom izkoriščajo. Za novodobne sisteme je daleč najpomembnejša 12V linija, kjer si želimo večino moči.

Je število linij na 12V pomembno?

Poznamo napajalnike z eno 12V linijo in tiste z večimi 12V linijami. Gre za posledice zastarelega ATX standarda, ki je pripeljal do čudnih limitacij 12V linij in je že zdavnaj zamenjan, trend pa je kljub temu še vedno prisoten, predvsem pri cenejših napajalnikih. Te z večimi 12V linijami prepoznaš po oznakah 12V1, 12V2… Zaradi pogosto pomanjkljivih navodil včasih ne boš vedel, kje se katera nahaja.

Iz praktičnega vidika so za uporabo najprimernejši napajalniki z eno močnejšo 12V linijo. Več linij namreč ne prinese posebnih prednosti pri kapacitetah domačih sistemov.

Primer: Predstavljaj si, da imava 700W napajalnik z dvema 30A 12V linijama. Na proizvajalcu je, kako bo te linije vezal in lahko se ti zgodi, da boš na 30A 12V1 povezal tako procesor, kot grafično kartico. Za imaginarni primer bova uporabila grafično kartico R9 290X in procesor FX 9370. Nevede sva tako grafično kor procesor priklopila na isto 12V1 linijo, med tem, ko 12V2 sameva. Pri tako požrešnih komponentah se bo v napajalniku sprožila prenapetostna zaščita in izklopila napajalnik. V kolikor bi procesor in grafično ločeno priklopila na 12V1 in 12V2 bi sistem deloval brez težav.

Če so enolinijski napajalniki primernejši za “hišne” uporabnike, se ena izmed redkih prednosti večlinijskih prične kazati pri napajalnikih kapacitete 1000W+. Težava se pojavi v primeru preobremenitve 12V, ko se zaščita OCP, pri 100A na 12V sproži kasneje (pri recimo 125A), kot pri 4x30A (pri 40A), zaradi česar so lahko nekatere komponente že poškodovane. Torej lahko skleneva, da je število linij pomembno, a samo v določenem segmentu.

Pod najvišjo moč pri nekateri proizvajalci navajajo najvišjo še mogočo porabo, ki ni primerna za dnevno delovanje. Kolink KL-C500 je deklariran kot 500W napajalnik, a za 24/7 priporočajo porabo pod 400W.

Zaključek

Tako, zgoraj sva preletela nekaj bistvenih informacij, ki ti bodo ob izbiri napajalnika nedvomno prišle prav. A zgodba se tukaj ne konča. V naslednjem prispevku se bom osredotočil na različne velikosti napajalnikov, njihovo velikost in težo ter dodatne funkcije, ki jih nekateri proizvajalci ponujajo. Želiš še več?

Vse kar moram vedeti o napajalnikih 2.