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2008年9月14日 (日)

PC用スイッチング電源の仕組と消費電力について from DOS/V POWER REPORT

         「DOS/V POWER REPORT」様がPC用スイッチング電源にまつわる貴重な2記事を公開していました。

(http://www.dosv.jp/other/0809/05.htm)

(http://www.dosv.jp/other/0809/02.htm)
 OKWave様でも時折みかける電源容量に関するQ&Aでも目安として使えそうな記事が1つ目です。

 キューブ系ベアボーンに近い環境である「最小構成」~3Dゲームサクサクスペックとなる「ハイエンド構成」までの代表的な5つのクラスで実測されており、推奨される電源容量も記載されています。
 OKWave様の回答で時折見かけるのが「電源電卓」なるものですが、それよりも実測に基づくものが推奨としては重きがあるだろう。

  1. 最小構成
    1. 内蔵VGA単発HDD、CPUもCeleronとなっている真に最小的なスペックです。
    2. 推奨される電源容量は、キューブ系用アダプタで多用されている150Wとなっています。
    3. 裏を返せば、オフィス用途では150Wもあれば十分で、以下にホビー3Dヘビーな環境を要求しているかが判るだろう。
  2. ローエンド構成
    1. ケース的にはデスクトップケースと思われる内容です。
    2. 拡張VGARADEON HD 3450を使用し、単発HDDPen-DながらBlu-ray視聴もギリギリ可能な構成です。
    3. 推奨される電源容量は、数値記載はないですが、ACアダプタとされているので150W~200Wで十分と思われる。
    4. 値段的には7万円とかになるのかな。
         
  3. ミドルレンジ構成
    1. ショップブランドの多くがゲーミングPCとして採用しているスペックに近い構成です。
    2. 拡張VGAGF9600GTCPUCore2DuoE8400(3GHz)、単発HDD、光ドライブとなっています。
    3. 推奨される電源容量は、400Wとされています。
    4. ここで高負荷時電力が155Wとされていますが、これは実測ベースの消費電力であり、必要とされる電源容量とは異なるものです。
    5. 電源は出力電圧に応じた電流値が公称値として存在しており、この電圧と電流との乗算で容量が決定され、最終的に電源容量を決めるクラスに影響します。
    6. この構成では12V出力で20A=240W欲しいとあり、12Vで20A出力できる性能を有しているのが400Wクラスの電源なので400Wを推奨ということになります。
    7. 電源ユニットが400Wだから、常に400Wを消費していることではなく、各電圧毎の容量を合算して最大400Wまで供給できることを意味していることに御留意頂きたい。
    8. 値段的には10万円~15万円あたりと思われます。
         
  4. アッパーミドル構成
    1. ミドルレンジ構成から動画エンコードや3D高解像度化を意識した構成になっています。
    2. 拡張VGAGF9800GTXCPUCore2QuadQ6600(2.4GHz)、双発HDD(RAID0を意識)、光ドライブとなっています。
    3. 推奨電源容量は、500Wとなっています。
    4. 値段的には15万円程度かな。
         
  5. ハイエンド構成
    1. これでダメなら、VGAと電源を強化するしかないと思える単発VGA系最強構成となっています。
    2. 拡張VGAは単発GF-GTX280CPUCore2QuadExtremeQX9650(3GHz)、四発HDD(RAID10を意識)、光ドライブとなっています。
    3. 推奨される電源容量は、600Wとなっています。一部の優良メーカーでは550Wとされています。
  6. 超ハイエンド構成
    1. ハイエンド構成を双発VGAとしてみたもので、週末雑貨の独断的な内容です。
    2. 拡張VGAは双発GF-GTX280CPUCore2QuadExtremeQX9650(3GHz)、四発HDD(RAID10を意識)、光ドライブとなっています。
    3. 推奨される電源容量は、GF-GTX280(200Wと推定)が追加された分だけプラスとなる、800W以上となります。下手なメーカーだと1kWかな。

 簡単な文書作成なら150Wもあれば釣銭がくるPC電力ですが、3Dゲームを快適にすると実使用電力で500Wにも及びます。
 これでは、電源節約技術も重要視されるのは当たり前のことと思います。

 続いては、電源の仕組みを判りやすく解説してくれているものです。
 一般の人には疎い世界かもしれませんが、スイッチング電源を説明している記事は少ないので勉強とアハ体験を兼ねて読んでみてください。

  1. まずは交流をフィルターで綺麗にします。
  2. 次にダイオードブリッジで脈流に変換します。
    1. 交流から直流への変換は理科に疎い方でもダイオードを利用する程度は一般常識として覚えておられる方が多いと思います。
    2. このダイオードによる変換は、交流の+側にあるものを+電圧として取り出し、交流の-側は遮断するので0となります。
    3. これを改良するためにダイオード4本を菱形(ブリッジ)に接続し、交流の+側を脈流の+側、交流の-側も脈流の+側へと変換し、変換効率を向上させています。
    4. ここで脈流と書きましたが、多くは直流と思われることと思いますが、ダイオードを通過した段階では平滑コンデンサを通過していないため直流にはなっていません。
    5. ダイオードブリッジ通過直後の波形は、AC波形を+側だけに展開したような蒲鉾山が連なる形状となっています。
  3. Active PFC回路とは、力率改善回路(Power Factor Controlの略)を云い、通過する電流を抑制することで力率を改善し、昇圧も兼ねています。
  4. 1次平滑回路で一旦直流にします。
  5. 電源名称ともなっている「スイッチング回路」です。「Power MOSFET」等の高速スイッチング素子が使用され、入力された直流を、高速にオンオフして擬似交流(高周波のパルス)に変換する重要な回路です。スイッチを繰り返しているから「スイッチング」というネーミングは直球的で判りやすい。
  6. トランスを使用して、Active PFC回路で昇圧された電圧を所要の電圧に変換します。記事では400V以上とかかれおり、通電中は一次側に触らない方が良いでしょう。
  7. PWMコントローラで電圧を監視し、前述5のスイッチング回路におけるパルスを調整することにより規定電圧となるように調整する部分です。
  8. 前述6のトランスを通過した擬似交流(パルス)を平滑し、直流として出力させるための重要な回路です。

 専門家からすれば、少し「??マーク」が付きそうですが、一般の方にも判りやすいように書いておりますので御了承ください。
 次に材質的なものも言及されています。
 基板材質としては、安価な「フェノール」や「ベーク」ではなく、「ガラスエポキシ」が良いとされています。実際、秋葉原にあるアナログパーツ店での価格も「ガラスエポキシ」が高くなっています。
 使用されるコンデンサは、マザーボードと同様に「85度」ではなく、「105度」が良いとされています。また、寿命も「105度」品は「85度」品に比べて4倍も長持ちするとも…。
 最近になって注目されつつあるのは変換効率と力率です。
 電源容量が350Wとか400Wとかで間に合っていた頃は変換効率はあまり気にしなくても良かったのですが、さすがに実使用電力が400Wを超え、電源容量も600W以上となるハイエンドクラスでは変換効率も重要なパラメータです。
 なにせ、変換効率が悪い=放熱量が多い、ですので無駄な電気を使うばかりか、ただでさえ内部で放熱されるところへ、電源部からも放熱されてくるんじゃ~冷却が大変になります。
 最近では、「80Plus」というマークが付されていることも多くなってきましたが、意味するところは「変換効率80%以上かつ力率90%以上」です。
 要は余計な電力損が少ないという証ですので、消費電力を意識するなら「80PLUSマークを確認して購入すると良いだろう。

 その他として、冷却特性、出力コネクタも言及されているので各自で確認してみて欲しい。

 この記事はGoogle ドキュメント で作成し、公開しています。
 (http://docs.google.com/Doc?id=dcw8wfzq_55rsmqrpgf)

 この記事は、DOS/V POWER REPORTの記事をもとに、affilieが独断と偏見で記入したものです。

週末雑貨 affilie
(http://affilie.ntym.net/)

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記事を読んでTrackBackさせて戴きました。
電源やそこに纏わる部品に関して大変興味深く読ませていただきました。
やはり電気まわりはケチっちゃだめですよね。

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