Kiến thức về bộ nguồn máy tính ( PSU ) - Phần I

1. Cách thức hoạt động của một bộ nguồn

Bộ nguồn máy tính (PSU - Power Supply Unit) là một bộ chuyển đổi nguồn điện. Nó thực hiện một nhiệm vụ quan trọng:

1. Tiếp nhận (Input): Lấy dòng điện xoay chiều (AC - Alternating Current) từ ổ cắm tường nhà bạn (thường là 110V hoặc 220V).

2. Chuyển đổi (Conversion): Bên trong PSU, dòng AC được chuyển đổi thành dòng điện một chiều (DC - Direct Current) ở điện áp cao.

3. Phân phối (Distribution): Dòng DC điện áp cao này sau đó được "cắt" (switching) và hạ áp xuống các mức điện áp cụ thể mà linh kiện máy tính cần.

4. Đầu ra (Output): Cung cấp các đường điện DC ổn định và "sạch" (đã lọc nhiễu) cho các linh kiện, chủ yếu là:

   • $+12\text{V}$: Dành cho các thành phần "nặng" nhất như CPU và Card đồ họa (GPU).

   • $+5\text{V}$: Dành cho ổ cứng, SSD SATA, và một số mạch trên bo mạch chủ.

   • $+3.3\text{V}$: Dành cho RAM và chipset trên bo mạch chủ.

   • $+5\text{VSB}$ (Standby): Một đường điện dự phòng, luôn bật ngay cả khi máy tắt, để duy trì nguồn cho nút khởi động, cổng USB (để sạc), v.v.

Về cơ bản, PSU là "nhà máy điện" thu nhỏ, biến điện lưới thô thành các dòng điện tinh khiết, chính xác cho các linh kiện nhạy cảm.

2. Chứng nhận 80 Plus và hiệu quả

Hiệu suất (Efficiency) là tỷ lệ giữa công suất DC (cấp cho linh kiện) và công suất AC (rút từ tường). Phần chênh lệch bị thất thoát dưới dạng nhiệt.

• Ví dụ: Một PSU 600W có hiệu suất 80%, khi chạy ở 100% tải (cấp 600W DC), nó sẽ thực sự rút $600 / 0.8 = 750\text{W}$ AC từ ổ cắm. 150W bị lãng phí dưới dạng nhiệt.

Chứng nhận 80 Plus là một chương trình tự nguyện để đo lường hiệu suất này. Để đạt chuẩn, PSU phải đạt ít nhất 80% hiệu suất ở các mức tải 20%, 50% và 100%.

Các cấp độ (từ thấp đến cao):

• 80 Plus (Standard)

• 80 Plus Bronze

• 80 Plus Silver

• 80 Plus Gold (Phổ biến nhất cho PC tầm trung/cao cấp)

• 80 Plus Platinum

• 80 Plus Titanium (Hiệu suất cao nhất)

Lợi ích của 80 Plus cao (Gold trở lên):

• Tiết kiệm điện: Lãng phí ít điện hơn.

• Mát hơn: Tỏa ra ít nhiệt hơn, giúp quạt PSU chạy êm hơn hoặc không cần chạy.

• Bền bỉ hơn: Thường được làm bằng linh kiện tốt hơn để đạt hiệu suất cao.

3. Các đường cấp điện (Rail)

"Rail" (đường điện) là cách gọi của một mạch cung cấp một mức điện áp cụ thể (ví dụ: đường $+12\text{V}$, đường $+5\text{V}$).

Quan trọng nhất là đường $+12\text{V}$. Gần như toàn bộ sức mạnh của PSU hiện đại được dồn vào đường này. Nó cung cấp năng lượng cho CPU (qua cáp 4+4 pin) và GPU (qua cáp 6+2 pin PCIe).

Khi bạn thấy một PSU 750W, con số đó chủ yếu đến từ khả năng cung cấp của đường $+12\text{V}$. Ví dụ, nó có thể cung cấp $62\text{A}$ (Ampe) trên đường $+12\text{V}$, tương đương $12\text{V} \times 62\text{A} = 744\text{W}$. Các đường $+5\text{V}$ và $+3.3\text{V}$ chỉ chiếm một phần nhỏ công suất.

4. Multi Rail và Single Rail

Đây là khái niệm chỉ áp dụng cho đường $+12\text{V}$.

Hiện nay: Với người dùng phổ thông, Single Rail dễ sử dụng hơn. Các PSU Multi Rail cao cấp cũng được thiết kế rất thông minh, nên đây không còn là vấn đề lớn, nhưng Single Rail vẫn được ưa chuộng vì tính đơn giản.

5. Yếu tố hình thức, kích thước và trọng lượng

• Yếu tố hình thức (Form Factor): Đây là tiêu chuẩn về hình dạng và kích thước.

  • ATX: Phổ biến nhất, dùng cho hầu hết các vỏ case mid-tower và full-tower. Kích thước tiêu chuẩn là 150mm (rộng) x 86mm (cao). Chiều sâu (length) thay đổi, thường từ 140mm đến 180mm. PSU công suất càng cao, chiều sâu càng lớn.

  • SFX / SFX-L: Dùng cho các vỏ case nhỏ (mini-ITX). SFX-L dài hơn SFX một chút để chứa quạt 120mm (êm hơn).

• Trọng lượng (Weight): Một quy tắc bất thành văn là PSU tốt thường nặng. Trọng lượng nặng hơn cho thấy PSU sử dụng các cuộn cảm lớn, tản nhiệt dày và tụ điện chất lượng cao. Một PSU 1000W mà nhẹ hẫng là một dấu hiệu rất đáng ngờ.

6. Loại quạt tản nhiệt

• Kích thước: Quạt 120mm và 140mm (hoặc 135mm) là phổ biến nhất trên PSU ATX. Quạt càng lớn, nó càng có thể quay chậm hơn để đẩy cùng một lượng không khí, dẫn đến hoạt động êm ái hơn.

• Loại trục (Bearing):

  • Sleeve Bearing (Bạc lót): Rẻ tiền, êm khi mới, nhưng nhanh mòn, đặc biệt khi lắp PSU với quạt hướng xuống.

  • Ball Bearing (Ổ bi): Hơi ồn nhưng cực kỳ bền.

  • Fluid Dynamic Bearing (FDB) / Rifle Bearing: Tốt nhất. Êm như Sleeve nhưng bền như Ball. Hầu hết PSU cao cấp dùng FDB.

• Chế độ Zero RPM (Hybrid): Nhiều PSU (thường là Gold trở lên) có tính năng này. Quạt sẽ không quay khi tải thấp (ví dụ: dưới 30% công suất), giúp hệ thống im lặng tuyệt đối khi lướt web, làm việc văn phòng.

7. Tính năng bảo vệ

Đây là yếu tố quan trọng nhất vì nó bảo vệ các linh kiện đắt tiền của bạn. Một PSU tốt phải có đầy đủ các tính năng sau:

• OPP (Over Power Protection): Bảo vệ quá công suất. Ngắt khi hệ thống đòi hỏi nhiều Watt hơn mức PSU có thể cung cấp an toàn.

• OVP (Over Voltage Protection): Bảo vệ quá áp. Ngắt nếu điện áp $+12\text{V}$, $+5\text{V}$... tăng vọt quá cao.

• UVP (Under Voltage Protection): Bảo vệ dưới áp. Ngắt nếu điện áp tụt xuống quá thấp (gây mất ổn định).

• SCP (Short Circuit Protection): Bảo vệ đoản mạch (chập điện). Ngắt ngay lập tức khi phát hiện chập. Đây là tính năng bắt buộc phải có.

• OCP (Over Current Protection): Bảo vệ quá dòng. Ngắt nếu một đường điện bị rút quá nhiều Ampe. (Đây là cốt lõi của Multi Rail).

• OTP (Over Temperature Protection): Bảo vệ quá nhiệt. Ngắt khi nhiệt độ bên trong PSU quá nóng.

8. Vấn đề độ dày của cáp

Độ dày cáp được đo bằng AWG (American Wire Gauge).

Quy tắc: Số AWG càng nhỏ, dây càng dày.

• 18AWG: Tiêu chuẩn công nghiệp. Hầu hết các PSU sử dụng dây 18AWG. Nó đủ tốt cho đa số người dùng.

• 16AWG: Dày hơn. Thường được sử dụng trên các PSU cao cấp (1000W+) hoặc trên các cáp quan trọng (PCIe, CPU).

Tại sao dây dày hơn (16AWG) lại tốt hơn? Dây 16AWG có điện trở thấp hơn. Điều này có nghĩa là nó ít bị nóng lên và ít bị "sụt áp" (voltage drop) khi truyền tải dòng điện lớn. Điều này rất quan trọng đối với các card đồ họa ngốn điện như RTX 4090.

9. Vấn đề về chiều dài của cáp

Chiều dài cáp rất quan trọng đối với việc đi dây (cable management):

• Vỏ case Mid-Tower: Hầu hết PSU đều có cáp đủ dài.

• Vỏ case Full-Tower (E-ATX): Bạn cần PSU có cáp dài, đặc biệt là cáp 8-pin CPU, vì nó thường phải đi vòng rất xa lên góc trên cùng của bo mạch chủ.

• Vỏ case SFF (Mini-ITX): Bạn lại cần cáp ngắn và mềm. Cáp quá dài và cứng sẽ làm nghẹt không gian, cản trở luồng không khí trong một case siêu nhỏ.

Loại cáp (Modularity):

• Non-Modular (Cáp liền): Rẻ nhất. Tất cả cáp được hàn chết vào PSU. Rất khó đi dây gọn gàng vì bạn phải giấu cả mớ dây thừa.

• Semi-Modular (Bán module): Cáp 24-pin (mainboard) và 8-pin (CPU) là liền. Các cáp khác (PCIe, SATA) có thể tháo rời. Đây là sự cân bằng tốt giữa giá cả và sự tiện lợi.

• Full-Modular (Module toàn phần): Tất cả các cáp đều có thể tháo rời. Dễ lắp đặt nhất và cho phép bạn sử dụng cáp bọc dù (sleeved cables) tùy chỉnh.

10. Vấn đề chi tiết khác

• Tụ điện (Capacitors): Bạn sẽ thường nghe quảng cáo "100% Japanese Capacitors". Tụ điện của Nhật (từ các hãng như Rubycon, Nichicon, Chemi-Con) được coi là tốt nhất. Chúng bền, chịu được nhiệt độ cao (thường là 105°C) và cung cấp dòng điện "sạch" hơn, ổn định hơn so với tụ điện của Đài Loan hoặc Trung Quốc.

• Bảo hành (Warranty): Thời gian bảo hành là thước đo tốt nhất cho sự tự tin của nhà sản xuất.

  • PSU giá rẻ: 3-5 năm.

  • PSU chất lượng (Gold, Platinum): 10-12 năm.

• Hold-up Time: Thời gian mà PSU có thể duy trì nguồn điện ổn định sau khi điện AC từ tường bị ngắt (ví dụ, sụt điện nhẹ). Tiêu chuẩn ATX yêu cầu ít nhất 16 mili giây (ms). PSU tốt sẽ có hold-up time dài hơn.

• Inrush Current: Dòng điện tăng vọt tức thời khi bạn bật máy. PSU tốt có mạch để "hãm" dòng điện này, tránh làm nhảy aptomat (CB) nhà bạn.