Các Rail, các bộ điều chỉnh điện áp và điện áp âm

Tất cả các mức điện áp sinh ra bởi bộ cấp nguồn bình thường được phân phối đến bo mạch chủ trên nhiều dây kết nối với bảng mạch nguồn (được gọi là rail hoặc tap) trong bộ nguồn. Nhiều dây được sử dụng bởi vì, nếu tất cả dòng diện được truyền đi trên một một dây, thì các dây và các thiết bị đầu cuối, các đầu nối và thậm chí là các đường dẫn đồng trên bo mạch chủ sẽ phải cực lớn và dày để có thể xử lý được sự tải điện này. Thay vì vậy, nó sẽ rẻ hơn và hiệu quả hơn nếu trải đều sự tải này trên nhiều dây nhỏ hơn và mỏng hơn.

Các Rail

Bạn có thể nghĩ mỗi rail giống như là một mạch điện khác nhau, mỗi loại giống như bộ cấp nguồn và nằm bên trong bộ cấp nguồn. Mỗi rail được định mức giá trị cường độ dòng điện. Bởi vì giá trị cường độ dòng điện cực lớn của dòng 12V được yêu cầu bởi các bộ điều chỉnh dây khác sẽ qua mạch thứ hai. Đáng tiếc, điều này có thể dần đến một số vấn đề về điện năng, đặc biệt nếu bạn không thể cân bằng tải trên cả 2 rail để đảm bảo rằng không vượt quá khả năng tải trên rail này và rail kia. Nói một cách khác, với một rail có thể cung cấp 40 amps tốt hơn so với 2 rail với mỗi rail cung cấp 20 amps, bởi vì với một rail thì bạn không cần quan tâm đầu nối nào sẽ nhận điện năng từ rail nào và sau đó cố gắng đảm bảo không được quá tải trên rail này hoặc rail kia.

Ngược lại, các rail +3.3V, +5V và +12V độc lập nhau về mặt kỹ thuật bên trong bộ cấp nguồn, nhiều bản thiết kế rẻ tiền có sử dụng chung một số sơ đồ mạch điện, làm cho chúng mất tính độc lập mà chúng nên có. Điều này thể hiện trong sự điều chỉnh điện áp khi mà có một sự truỵền tải đáng kê trên l rail có thể là nguyên nhân gây sụt áp trên các rail khác. Các thành phần như là bộ xử lý hoặc các card màn hình, năng lượng điện tiêu thụ của chúng có thể biến thiên trong một khoảng lớn. Sự chuyển tiếp từ bình thường sang chạy game 3D của Windows desktop có thể làm cho bộ xử lý và card màn hình tăng gấp đôi sự tiêu thụ điện trên rail +12V, điều mà trên một số bộ cấp nguồn rẻ tiền có thể là nguyên nhân làm cho điện áp trên các rail khác suy giảm (suy giảm hơn 5%), nguyên nhân làm cho hệ thống gặp sự cố. Với những bộ nguồn thiết tốt có các rail độc lập thật sự điều chỉnh điện áp chặt chẽ hơn trong khoảng l % đến 3%.

Các bộ điều chỉnh điện áp

Bộ cấp nguồn phải cung cấp dòng điện một chiều tốt và ổn định, như thế hệ thống mới có thể hoạt động tốt. Những thiết bị hoạt động trên những mức điện áp khác không sinh ra trực từ bộ cấp nguồn mà phải dùng gián tiếp thông qua các bộ điều chỉnh điện áp trên bo mạch chủ – là những cái lấy dòng 5V hoặc 12V từ bộ cấp nguồn và sau đó chuyển nó thành những mức điện áp thấp hơn được yêu cầu bởi những thành phần khác. Ví dụ như DDR DIMMs (dual inline memory modules) và RIMMs (rambus inline memory modules) cần 2.5V, DDR2 và DDR3 DIMMs cần l ,8V và l .5V, AGP 4x/8x card cần l,5V, các card PCI express chỉ cần tín hiệu chênh lệch 0.8V tất cả những cái trên đều được cung cấp với các bộ điều chỉnh điện áp trên bo mạch chủ. Các bộ xử lý cũng đòi hỏi một khoảng biến đổi lớn các mức điện áp (thấp khoảng là l.3V hoặc nhỏ hơn) được cung cấp bởi một mô đun điều chỉnh điện áp tinh vi (VRM) gắn bên trong bo mạch chủ. Bạn sẽ dễ dàng tìm thấy ba mạch điện điều chỉnh điện áp hoặc hơn trên một bo mạch chủ hiện đại.

Lưu ý:

Khi mà Intel bắt đầu phát hành các bộ xử lý cần nguồn điện +3.3V, các bộ cấp nguồn cũ vẫn chưa cung cấp được mức điện áp đó. Kết quả tất yếu là các nhà sản xuất bo mạch chủ đã thêm những bộ điều chỉnh điện áp vào bo mạch chủ, cái mà có thể chuyên từ +5 V xuống +3.3V cho các bộ xử lý. Khi các con chip xử lý đã hoạt động tốt ở mức +3.3 V, Intel đã tạo ra đặc tả kỹ thuật bộ cấp nguồn ATX, cái cấp mức điện áp +3.3V cho bo mạch chủ. Bạn sẽ nghĩ rằng việc có trực tiếp điện áp +3.3V từ bộ cấp nguồn sẽ loại bỏ các bộ điều chỉnh điện áp trên bo mạch chủ, nhưng khi đó các bộ xử lý, bộ nhớ và các thành phần khác cũng bắt đầu chạy được ở các mức điện áp nhỏ hơn +3.3V. Các nhà sản xuất bo mạch chủ sau đó đã thêm vào các mạch điều chỉnh thích hợp gọi là các module điều chỉnh điện áp để ứng với sự đa dạng mức điện áp mà bộ xử lý đòi hỏi. Thêm vào đó thì bộ điều chỉnh cũng được dùng để cấp năng lượng cho bất kỳ thiết bị nào khác trên bo mạch chủ cái mà không dùng điện áp +3.3V, +5V và +12V.

Điện áp âm

Nếu tìm trong bản đặc tả kỹ thuật của 1 bộ cấp nguồn đặc thù, bạn có thể thấy rằng bộ nguồn không chỉ sinh ra điện áp +3.3V, +5V và +12V, mà còn sinh ra điện áp -12V và có thể là -5V. Mặc dù điện áp -12V và có thể -5V được cung cấp cho bo mạch chủ thông qua các đầu nối của bộ cấp nguồn, bo mạch chủ vẫn chỉ sử dụng +3.3V. +5V và +12V. Hiện tại, điện áp -5V được dùng cho bus ISA (Bus ISA là bus cổ nhất, chậm nhất và có tần số làm việc là 8MHz rộng 16 bit, thường thấy dùng cho soundcard hoặc modem lấp trong) trên pin B5 vì thế bất kỳ một card ISA nào cũng có thể sử dụng nó. Tuy nhiên, ví dụ như là các mạch tách tín hiệu tưong tự (Là dữ liệu được biểu diễn bởi các giá trị biến đổi liên tục của các thông số vật lý như áp xuất, tần số…) trong những bộ điều khiển đĩa mềm cũ sử dụng điện áp -5V. Những bo mạch chủ điển hình cũng không sử dụng điện áp -12V, nó có thể được sử dụng trong một số bo mạch chủ được thiết kế cho cổng tuần tự (serial port) hoặc các mạch kiểm tra mạng LAN.

Các mức điện áp dương có vẻ như là được dùng cho mọi thứ bên trong hệ thống (các mạch logic và các motor), vậy các mức điện áp âm sử dụng cho cái gì? Câu trả lời là không nhiều lắm! Mức điện áp -5V đã bị xóa bỏ khỏi ATX 12V l.3 và những đặc tả kỹ thuật sau đó. Lý do duy nhất mà nó được để lại trong hầu hết các bản thiết kế bộ cấp nguồn trong nhiều năm là do mức điện áp -5V được yêu cầu trên ISA bus (Industry Standard Architecture bus) dành cho khả năng tương thích ngược. Bởi vì các dòng máy tính hiện đại không còn các khe cắm ISA nữa, tín hiệu điện áp -5V không còn cần thiết nữa. Tuy nhiên, nếu bạn gán 1 bộ cấp nguồn vào trong một hệ thống với một bo mạch chủ cũ tích hợp những khe cắm ISA, bạn sẽ phải cần một bộ nguồn có thể sinh ra tín hiệu điện áp -5V.

Lưu ý:

Sự tải điện đặt trên điện áp đầu ra -12V bởi một card mans, LAN tích hợp là rất nhỏ. Ví dụ như, card mạng 10/100 Ethernet tính hợp trong bo mạch chủ Intel D8 1 5EEAL chỉ sử dụng khoảng 10mA của điện áp +12V và 10mA -12V để hoạt động.

Mặc dù các mạch cổng tuần tự (serail port) cũ sử dụng các đầu ra +/-12V, ngày nay thì hầu hết chỉ sư dụng +3.3V và +5V.

Chức năng chính của điện có mức điện áp +12V là chạy các motor ổ đĩa cũng như là bộ xử lý điều chỉnh điện áp ra cao trong một số bo mạch chủ mới. Thông thường có một lượng lớn điện năng dòng điện +12V có thể lấy được từ bộ cấp nguồn, đặc biệt trong những bộ cấp nguồn thiết kế cho những hệ thống có một lượng lớn các ngăn chứa ổ đĩa (ví dụ như trong một cấu hình tháp). Bên cạnh những motor ổ đĩa và bộ điều chỉnh điện áp của các dòng CPU mới, bộ nguồn +12V còn được sử dụng cho bất kỳ quạt làm mát nào trong hệ thống – đó là cái nên luôn hoạt động. Một quạt làm mát cần từ 100mA tới 250mA (0.1 – 0.25 amp): tuy nhiên, hầu hết các loại quạt mới hiện nay thì chỉ sử dụng thấp hơn 100mA. Lưu ý là mặc dù hầu hết các quạt trong các hệ thống để bàn hoạt động ở mức điện áp +12V, các hệ thống xách tay có thể sử dụng những cái quạt ở mức điện áp +5V hoặc thậm chí là +3.3V

Những hệ thống với hệ số định dạng chuẩn dựa trên các chuẩn ATX hoặc BTX bao gồm thêm dấu hiệu đặc biệt nữa. Tính năng này, gọi là PS_ON, có thể được dùng để bật tắt bộ cấp nguồn (và theo đó là hệ thống) thông qua một phần mềm. Nó thỉnh thoảng còn được biết với cái tên là soft-power feature. PS_ON hiển nhiên nhất khi bạn dùng nó với một hệ điều hành ví dụ Windows có hỗ trợ APM (Advanced Power Management) hoặc đặc tả chi tiết kỹ thuật ACPI (Advanced Configuration and Power Interface). Khi bạn tắt một máy tính từ menu Start, Windows sẽ tự động tắt máy tính sau khi đã hoàn thành trình tự đóng hệ điều hành. Một hệ thống mà thiếu tính năng này thì chỉ xuất ra một thông báo rằng nó sẵn sàng để bạn có thể tắt máy tính bằng tay.