電源とは？そしてそれはどのように機能しますか？

電源とは？

電源は、交流（AC）をコンピュータコンポーネントが機能するために必要な連続的なエネルギーに変換します。これを直流（DC）と呼びます。 SSDなどの必須ではない一部のハードウェアコンポーネントとは異なり、電源装置は不可欠です。これがないと、内部のハードウェアの残りの部分は機能しません。

電源はしばしばPSUと略され、電源としても知られています。マザーボード、ボックス、および電源には 、「フォームファクター」と呼ばれるさまざまなサイズがあります。これらの3つの要素は、適切に連携するために互換性がなければなりません。

ボックス内の電源

電源はボックスまたはシャーシの背面に取り付けられています。コンピュータの電源コード（壁に接続されているもの）をたどると、電源装置の背面に接続されていることがわかります。

背面は、ほとんどの人が見る電源の唯一の部分です。背面にはファンがあり、PCケースの背面に空気を送ります。

ボックスの外側に面する電源装置の側面には、 電源コードが差し込まれる3極のオス型ポートがあり、もう一方の端は壁のコンセントに直接接続されています。

多くの場合、電源スイッチと、非常に低レベルのソースの赤い電圧スイッチも含まれます。

PCの内部では、ソースから多数のケーブルが伸びています。ケーブルの両端にあるコネクタは、コンピュータ内のさまざまなコンポーネントに接続して電力を供給します。

一部のコネクタはマザーボードに接続するように特別に設計されていますが、ハードドライブ、オプティカルドライブ、グラフィックスカードに対応するコネクタを備えているものもあります…

電源装置のワット数は、コンピュータに供給できる電力量を示しています。コンピューターの各部分が適切に機能するには一定の電力が必要であるため、正しい量を供給できる電源装置（PSU）を用意することが重要です。

電源のしくみ

コンピュータの動作に絶対不可欠なコンポーネントがある場合、それは電源です。それがなければ、コンピューターは単なるプラスチックと金属でいっぱいの不活性な箱です。

電源はスイッチング技術を使用して、AC入力をより低いDC電圧に変換します。最も使用される電圧は次のとおりです。

3.3ボルト5ボルト12ボルト

現在、負荷の約90％または95％が12Vレールにかかっています。したがって、他のレールはますます二次的な位置にとどまります。

電源装置の電力は常にワットで表示されます。ワットは、ボルト単位の電圧とアンペアまたはアンペア単位の電流の積です。

今日、コンピューターは小さなボタンで電源が入り、メニューオプションまたはボタン自体で電源が切れています。これらのオプションは、数年前に標準PSUに統合されました。

このようにして、 オペレーティングシステムはPSUに信号を送信して、シャットダウンするように信号を送ることができます。押しボタンは電源に5ボルトの信号を送り、電源を入れるタイミングを通知します。電源には、コンピュータの電源がオフの場合でも、スタンバイ時に5VSB（5ボルトスタンバイ）と呼ばれる電力を供給する回路があり、スタンバイ状態のままのデバイスが機能し、電源をオンにすることができます。。

1980年頃までは、電源は重くてかさばる傾向がありました。彼らは、大型で重い変圧器と巨大なコンデンサーを使用して、120ボルトと60ヘルツのライン電圧を5ボルトと12ボルトDCに変換しました。

現在使用されている電源は、はるかに軽量で小型です（ATX、SFX、およびその他の寸法があります）。それらは、電流を60 Hz（Hz、または1秒あたりのサイクル数）からより高い周波数に変換します。これは、1秒あたりのサイクル数が増えることを意味します。この変換により、電源装置の小型軽量トランスフォーマーは、特定のコンポーネントに必要な電圧に実際の電圧を115ボルト（またはヨーロッパおよびほとんどの世界では230）削減できます。

PSUから供給される高周波の交流電流は、元の60 Hz ACライン電圧と比較して、フィルタリングと整流が容易であるため、敏感なコンピューター電子機器の電圧変動とノイズを低減します。

スイッチ電源は、ACラインから必要な電力のみを受け取ります。電源装置の標準的な電圧と電流はラベルに記載されています。

電源の標準化

長年にわたり、PCには少なくとも6つの異なる電源規格がありました。数十年前、業界はATXベースの電源を使用することを決定しました。

ATXは工業仕様です。つまり、PSUには、標準のATXボックスに適合する物理的特性と、ATXマザーボードで動作する電気的特性があります。

PC電源ケーブルは標準のコネクタを使用し、間違ったコネクタを接続するのを困難にするように設計されています。また、ファンの製造元は多くの場合、ディスクドライブまたは周辺機器（Molex）の電源ケーブルと同じコネクタを使用しているため、ファンは必要な12ボルトを簡単に取得できます。

PSUの問題

コンピューターの電源は、使用するたびに熱になり、その後冷え、PCの電源が入ったときに最初のAC入力を受け取るため、間違いなく最も故障しやすいコンポーネントです。

ファンが作動しない、PCがランダムに再起動する、負荷がかかるとクラッシュする、ゲームのパフォーマンスの問題でさえも、電源の不良、品質の低下、または電源不足の兆候である可能性があります。ソースのコンポーネントは何年にもわたって劣化することを考慮に入れる必要があります。10年前は850 Wのソースでしたが、現在は650 Wになる可能性があり、そのパフォーマンスも影響を受けてコンポーネントを危険にさらす可能性があります。

高品質のフォントは問題なく10年続くはずです。とにかく、設備を更新する予定で、噴水が10年前のものである場合は、高品質のものに交換することをお勧めします。

電源装置の故障が疑われる問題については、保証を処理するか、別の装置を試すことができます…ただし、絶対にすべきでないことは、修理のためにそれを開けることです。多くの人はこれに同意しませんが、内部コンポーネントが複雑であるため、それを開けることに伴う保証は無効になり、切断された場合でも感電の可能性を考慮する必要があります。

電気回路図や電子機器の高度な知識がないと、発生源の障害を修復するのが非常に困難です。

電源の改善

今日、独立したVRM（電圧調整モジュール）電圧調整などの新しい内部設計が電源に登場しています。それらはDC-DCソースです。その主な利点は、負荷が不平衡の場合に電圧がトリガーされないことです。これは、現在のPCで非常に一般的に発生する状況です（他のレールと比較して12Vの負荷を思い出してください）。

Webサーバーの最近の設計には、他の電源が使用されているときに交換できる予備電源を提供する電源が含まれています。

一部の新しいコンピューター、特にサーバーとして使用するために設計されたものは、冗長PSUを提供します。つまり、コンピューターには2つ以上のPSUがあり、1つは電力を供給し、もう1つはバックアップとして機能します。

スタンバイソースは、プライマリソースで障害が発生した場合に即座に引き継ぎます。その後、他の電源を使用しているときに、主電源を変更できます。

外部電源

しかし、PC内にある電源だけが存在するものではありません。他のタイプの電源は外付けです。

たとえば、一部のゲームコンソールには、電源コードが接続された電源があり、コンソールと壁の間に配置する必要があります。他の場合では、電源が一部の外付けハードドライブに組み込まれています。これは、デバイスがUSB経由でコンピューターから十分な電力を抽出できない場合に必要です。

外部電源は 、デバイスをより小さく魅力的にするので有益です。ただし、これらのタイプの電源の一部は非常に大きく、配置が問題になる可能性があります。

現在のピーク

電源はデバイスが電力を受け取る場所であるため、サージや電流スパイクの被害を受けることがよくあります。したがって、デバイスをUPSまたは回路ブレーカー付きのサージプロテクターに接続することをお勧めします。

力

PSU定格は通常、電源を選択するための最も明白なメトリックです。電力が非常に少ない電源を選択した場合、PSUが提供できるよりも多くの電力を消費すると、システムはシャットダウンします。逆に、1ワットのワットを購入することは、お金の無駄になる可能性があります。それで、最も便利なものは何ですか？

重要なのは、PCの推定消費電力を作成することです。新しいコンポーネントごとに、システムの実行を維持するために必要なワット数が変わります。全体として、エネルギー効率に向けて動いており、新しいCPUとGPUの消費量はますます少なくなっています。

ワット需要を推定するには、Outervision.comの計算機を使用できます。この計算機では、CPUとGPU、ストレージ、その他のコンポーネントのメーカーとモデルを選択できます。システムのオーバークロックを計画している場合は、CPUクロック、電圧、GPUクロック、グラフィックカードクロックも構成できます。いずれにせよ、電卓よりも専門家のアドバイスを受ける方が通常は便利です。

含める詳細をすべて入力すると、計算機に3つの数値が表示されます。負荷電力、推奨UPS電力、推奨PSU電力です。

簡単に見つけられるワット数を設定するには、いくつかのことを行います。最初に、電力を最も近い50Wマークに切り上げます（370Wは400Wに切り上げます）。この方法では、将来、より強力なものにアップグレードした場合でも、通常、十分な電力を提供する電源を見つけることができます。

一部のシステムでは、追加の50 W以上は保証されない場合があります。ロックされたCPU（「K」または「X」の指定がないIntel CPU）は、仕様が必要とするよりも多くの電力を消費する状況で使用される可能性がはるかに低くなります。また、これらのCPUは加熱時に最大クロック速度を低下させる傾向があるため、電力の節約にも役立ちます。

CPUのロックを解除してGPUをオーバークロックする場合は、十分な電力を確保することをお勧めします。これは、オーバークロックする場合、またはオーバークロックシステムにコンポーネントを追加する場合に役立ちます。多くの場合、オーバークロックはより良い冷却を必要とし、各ファンとウォーターポンプもワットを消費します。

また、システムが常に最大出力になるとは限らないことにも注意してください。ほとんどのPCはアイドル時に100ワット以下しか消費せず、ドキュメントの作業やWebサーフィンなどの日常的なタスクを実行している間は、150Wを超えることはめったにありません。ただし、通常の負荷ではなく、ピークパワー要件を電源で処理する必要があります。

効率性と80 Plus認定

エレクトロニクスは、現実の世界では100％の効率で動作することはありません。 PSUの「80 Plus」ラベルは、一定レベルの効率が評価されていることを示しています。 80 Plus認定に進む前に、効率性について話しましょう。

電源（またはその他のデバイス）の効率が80％の場合、定格電力の80％がシステムに供給され、残りの20％は熱の形で失われます。電源装置が壁から500 Wを引き出し、100％の負荷で80％の効率である場合、最大出力で400 Wしか供給できません 。このようなPSUは 、システムに供給される最大電力であるため、 定格は400Wになります。

PSUの定格電力は効率を考慮しているため、行うべき数学は多くありません。あなたが電気代を気にしない限り、それだけです。 PCを常に稼働させたい場合、または長時間プレイする場合は、より効率的なPSUを使用するとコストを節約できます。

同じ400W電源装置の効率が90％の場合、壁から444W （500Wではなく） を引き出し 、400WをPCに供給します。この差は、60W電球とほぼ同じエネルギーに相当し、要求の厳しいゲームをプレイするほど、蓄積されるキロワット時間が増えます。

電源の効率は線形ではなく、負荷に応じて変化することに注意することが重要です。 80 Plus仕様では、電源は、20％以上のすべての負荷で115V（米国）で少なくとも80％の効率である必要があります。 230V（EU）接続の場合、PSUは20および100％の負荷で82％の効率、50％の負荷で85％の効率でなければなりません。

部品の品質は、より効率的な電源を得るためのもう1つの大きな理由です。 PSUの効率が高いほど、PSUの発熱は少なくなります 。これは、コンポーネントが長持ちすることを意味する傾向があり、冷却ファンをあまり使用する必要はありません。それでも、これは常に正しいとは限りません。たとえば、低品質のコンデンサーと寿命の短いファンがあり、非常に小さいヒートシンクが付いている80プラスゴールドの噴水と、リーディングファン、十分な熱放散、まともなコンデンサーが付いている80プラスブロンズについて考えてみましょう。間違いなく、ブロンズの方が優れています。

一部の電源装置は、ファンを常時接続する必要がないほど十分に効率的です。 場合によっては、効率の悪い電源装置がボックス内の周囲温度を上昇させる可能性があります。

これは言うまでもありませんが、より効率的な電源の方が環境にも配慮しています。負荷がかかっている高出力のゲーミングPCは、洗濯機や冷蔵庫のように重要なデバイスです。消費電力が少ないと、ネットワーク全体の負荷需要が減少し、特に需要が高いときにスパイクをオフラインに保つのに役立ちます。

保証

PCコンポーネントを購入するとき、それぞれのスペックシートに大きな違いを与えていないように見える製品を見つけることがよくあります。これが発生した場合、あなたが好むブランドと一緒に行くか、技術仕様よりもずっと魅力的でないもの、つまり保証を見ることは役に立ちます。

現在のところ、2年間の保証付きのソースは市場で遅れているため、考慮すべきではありません。それらは異なりますが、ほとんどのPSUには3〜5年の保証が付いています。ただし、一部の製品には7年および10年の保証が付いています。これは品質の直接的な指標ではありませんが、検討する価値のある一種の限定的な保険です。

モジュラー電源

電力と効率の後、モジュール化は噴水の最も重要なセールスポイントの1つです。多くの場合、モジュラーPSU電源が理想的です。他では、それはあなたが望む最後のものです。しかし、PSUをモジュール化するものは何ですか？

簡単に言えば、 モジュラー電源により、必要に応じてケーブルを接続（または切断）できます。一方、従来の電源装置では、ケーブルが電源装置に恒久的に接続されています。

セミモジュラーPSUは2つの間でバランスを取ります。一部のケーブル（通常はマザーボードとCPUケーブル）は恒久的に接続され、他のケーブル（PCIe、SATA、およびMolex）は取り外し可能です。

モジュール式PSUは、ケーブル管理に関して大きな利点があります。ケーブルの管理は、PC構築において最も面倒で費用のかかる作業の1つです。モジュラー電源を使用すると、PCの取り付けに必要なケーブルのみを使用できるため、ボックス内のケーブルがすっきりします 。これにより、美観に加えて空気の流れが改善される場合があります。

取り外し可能なケーブルを使用することの欠点は、ケーブル自体が一般に専用コネクタを使用することです。同じメーカーの異なる製品ラインのケーブルでも互換性がない場合があります。そのため、ケーブルをボックスまたはバッグに保管して、後で保管するために安全に保管することを常にお勧めします。

また、モジュラーPSUは、非モジュラーモデルよりもボックス内で多くのスペースを必要とします。 ATXタワーでは、これは通常問題ではありませんが、mini-ITXシステムで実際の問題を引き起こす可能性があります。ケーブルの端にあるコネクタにより、PSUの長さが約1/2インチから3/4インチ長くなります。一方、非モジュラーPSUの場合、ケーブルはユニットの背面から出ているだけなので、PSUの端にコネクタはありません。

PSUの背面の隙間が非常に狭い場合は、構造が許せば非モジュラー電源の使用を検討してください。未使用のケーブルを保管することは難しくなりますが、クリアランスの問題は少なくなります。スペースが問題にならない場合は、モジュラーフォントまたはセミモジュラーフォントをお勧めします。構造がきれいになり、必要に応じてケーブルを交換できます。

サイズが重要

PCケースに入る他のすべてのものと同様に、PCの物理的寸法は大きな影響を与える可能性があります。これは一般的に高出力PSUで明らかになりますが、一部のバージョンでは、低ワットモデルでさえ大きすぎる場合があります。 1600W PSU EVGAソースを中電力タワーに適合させるのは難しい場合がありますが 、条件が厳しい場合、ミニITXボックスでPSU ATXソースを取得することははるかに困難です。

小さいSFX フォームファクターをサポートするボックスがいくつかありますが、多くのmini-ITXボックスがPSU ATX用に構築されています。これは混合された祝福です。消費者が利用できるPSU SFXは多種多様ではないため、ATXを使用すると、より多くのオプションを利用できます。その選択でも、慎重にピースを選択する必要があります。たとえば、ITXボックスは、特定の構成とサイズのフォントのみを受け入れることができます。このような小さなスペースでは、モジュラー電源を使用することを強くお勧めしますが、特殊な形式のSFXは非常に高価です。