Computer Power Supplies

Netzteile sind nicht gerade aufregend, weshalb sie fast jeder als selbstverständlich ansieht. Das ist ein großer Fehler, denn das Netzteil erfüllt zwei entscheidende Funktionen: Es versorgt jede Systemkomponente mit geregeltem Strom und kühlt den Computer. Viele Leute, die sich darüber beschweren, dass Windows häufig abstürzt, geben verständlicherweise Microsoft die Schuld. Aber ohne Microsoft in Schutz nehmen zu wollen, ist die Wahrheit, dass viele solcher Abstürze durch minderwertige oder überlastete Netzteile verursacht werden.

Wenn du ein zuverlässiges, absturzsicheres System willst, verwende ein hochwertiges Netzteil. Wir haben sogar festgestellt, dass die Verwendung eines hochwertigen Netzteils selbst grenzwertige Motherboards, Prozessoren und Speicher mit angemessener Stabilität arbeiten lässt, während die Verwendung eines billigen Netzteils selbst erstklassige Komponenten instabil macht.

Die traurige Wahrheit ist, dass es fast unmöglich ist, einen Computer mit einem erstklassigen Netzteil zu kaufen. Computerhersteller sparen buchstäblich an jedem Pfennig. Gute Netzteile bringen keine Marketing-Pluspunkte, daher sind nur wenige Hersteller bereit, 30 bis 75 $ extra für ein besseres Netzteil auszugeben. Für ihre Premium-Linien verwenden erstklassige Hersteller im Allgemeinen das, was wir als Mittelklasse-Netzteile bezeichnen. Für ihre Massenmarkt-Linien für Verbraucher können selbst Markenhersteller beim Netzteil Kompromisse eingehen, um einen Preispunkt zu erreichen, und verwenden Netzteile, die wir sowohl in Bezug auf die Ausgangsleistung als auch auf die Konstruktionsqualität als grenzwertig betrachten.

Die folgenden Abschnitte beschreiben im Detail, was du verstehen musst, um ein gutes Ersatznetzteil auszuwählen.

Das wichtigste Merkmal eines Netzteils ist sein Formfaktor, der seine physischen Abmessungen, die Positionen der Befestigungslöcher, die Arten der physischen Stecker, die Pin-Belegung usw. definiert. Alle modernen Netzteil-Formfaktoren leiten sich vom ursprünglichen ATX-Formfaktor ab, der 1995 von Intel veröffentlicht wurde.

Wenn du ein Netzteil austauschst, ist es wichtig, eines mit dem korrekten Formfaktor zu verwenden, um nicht nur sicherzustellen, dass das Netzteil physisch in das Gehäuse passt, sondern auch, dass es die korrekten Arten von Stromsteckern für das Motherboard und die Peripheriegeräte bietet. Drei Netzteil-Formfaktoren werden häufig in aktuellen und neueren Systemen verwendet:

ATX12V-Netzteile sind physisch am größten, mit den höchsten Wattzahlen erhältlich und bei weitem am gebräuchlichsten. Desktop-Systeme in voller Größe verwenden ATX12V-Netzteile, ebenso wie die meisten Mini-, Midi- und Full-Tower-Systeme. Abbildung 16-1 zeigt ein Antec TruePower 2.0 Netzteil, das ein typisches ATX12V-Gerät ist.

Abbildung 16-1: Antec TruePower 2.0 ATX12V-Netzteil (Bild mit freundlicher Genehmigung von Antec)

SFX12V-Netzteile (s für small/klein) sehen aus wie geschrumpfte ATX12V-Netzteile und werden hauptsächlich in MicroATX- und FlexATX-Systemen mit kleinem Formfaktor verwendet. SFX12V-Netzteile haben geringere Kapazitäten als ATX12V-Netzteile – typischerweise 130 W bis 270 W für SFX12V gegenüber bis zu 600 W oder mehr für ATX12V – und werden im Allgemeinen in Einstiegssystemen verwendet. Systeme, die mit SFX12V-Netzteilen gebaut wurden, können einen ATX12V-Ersatz akzeptieren, wenn das ATX12V-Gerät physisch in das Gehäuse passt.

TFX12V-Netzteile (t für thin/dünn) sind physisch länglich (im Gegensatz zur kubischen Form der ATX12V- und SFX12V-Geräte), haben aber Kapazitäten ähnlich denen von SFX12V-Geräten. TFX12V-Netzteile werden in einigen Systemen mit kleinem Formfaktor (SFF) mit einem Gesamtsystemvolumen von 9 bis 15 Litern verwendet. Aufgrund ihrer ungewöhnlichen physischen Form kannst du ein TFX12V-Netzteil nur durch ein anderes TFX12V-Gerät ersetzen.

Obwohl es weniger wahrscheinlich ist, kannst du auf ein EPS12V-Netzteil (das fast ausschließlich in Servern verwendet wird), ein CFX12V-Netzteil (das in MicroBTX-Systemen verwendet wird) oder ein LFX12V-Netzteil (das in PicoBTX-Systemen verwendet wird) stoßen. Detaillierte Spezifikationsdokumente für all diese Formfaktoren können von http://www.formfactors.org heruntergeladen werden.

DER 12V-MODIFIKATOR

Im Jahr 2000 fügte Intel, um den +12V-Anforderungen ihrer neuen Pentium 4-Prozessoren gerecht zu werden, der ATX-Spezifikation einen neuen +12V-Stromstecker hinzu und benannte die Spezifikation in ATX12V um. Seitdem erforderte Intel jedes Mal, wenn sie eine Netzteil-Spezifikation aktualisierten oder eine neue erstellten, diesen +12V-Stecker und verwendete den 12V-Modifikator im Namen der Spezifikation. Ältere Systeme verwenden ATX- oder SFX-Netzteile ohne 12V-Modifikator. Du kannst ein ATX-Netzteil durch ein ATX12V-Gerät ersetzen, oder ein SFX-Netzteil durch ein SFX12V- (oder möglicherweise ein ATX12V-) Gerät.

Die Änderungen von älteren Versionen der ATX-Spezifikation zu neueren Versionen und von ATX zu kleineren Varianten wie SFX und TFX waren evolutionär, wobei die Abwärtskompatibilität immer fest im Blick behalten wurde. Alle Aspekte der verschiedenen Formfaktoren, einschließlich der physischen Abmessungen, der Positionen der Befestigungslöcher und der Kabelstecker, sind starr standardisiert, was bedeutet, dass du aus zahlreichen industriegängigen Netzteilen wählen kannst, um die meisten Systeme, sogar ältere Modelle, zu reparieren oder aufzurüsten.

ALLES, WAS PASST

Wenn du dein Netzteil austauschst, ist es wichtig, ein Ersatzgerät zu besorgen, das in dein Gehäuse passt. Wenn dein altes Netzteil als ATX 1.X oder 2.X oder ATX12V 1.X oder 2.X gekennzeichnet ist, kannst du jedes aktuelle ATX12V-Netzteil installieren. Wenn es als SFX oder SFX12V gekennzeichnet ist, kannst du jedes aktuelle SFX12V-Netzteil installieren oder, falls das Gehäuse genug Freiraum bietet, ein ATX12V-Gerät. Wenn das alte Netzteil als TFX12V gekennzeichnet ist, passt nur ein anderes TFX12V-Gerät. Wenn dein altes Netzteil nicht mit Spezifikations- und Versionskonformität gekennzeichnet ist, suche auf der Website des Herstellers nach der Modellnummer deines aktuellen Netzteils. Wenn alles andere fehlschlägt, miss dein aktuelles Netzteil und vergleiche seine Abmessungen mit denen der Geräte, die du in Betracht ziehst zu kaufen.

Hier sind einige weitere wichtige Eigenschaften von Netzteilen:

Die Nennleistung, die das Netzteil liefern kann. Die Nennleistung ist ein zusammengesetzter Wert, der durch Multiplikation der Stromstärken bestimmt wird, die bei jeder der verschiedenen Spannungen verfügbar sind, die von einem PC-Netzteil bereitgestellt werden. Die Nennleistung ist hauptsächlich für einen allgemeinen Vergleich von Netzteilen nützlich. Was wirklich zählt, ist die individuelle Stromstärke, die bei verschiedenen Spannungen verfügbar ist, und diese variieren erheblich zwischen nominell ähnlichen Netzteilen.

TEMPERATUR IST WICHTIG

Leistungsangaben sind bedeutungslos, es sei denn, sie geben die Temperatur an, bei der die Bewertung durchgeführt wurde. Mit steigender Temperatur nimmt die Ausgangskapazität eines Netzteils ab. Beispielsweise bewertet PC Power & Cooling die Leistung bei 40 °C, was eine realistische Temperatur für ein arbeitendes Netzteil ist. Die meisten Netzteile werden nur bei 25 °C bewertet. Dieser Unterschied mag gering erscheinen, aber ein Netzteil, das bei 25 °C mit 450 W bewertet ist, liefert bei 40 °C möglicherweise nur 300 W. Auch die Spannungsregelung kann bei steigender Temperatur leiden, was bedeutet, dass ein Netzteil, das bei 25 °C nominell die Spannungsregelungsspezifikationen erfüllt, bei normalem Betrieb bei 40 °C oder dort in der Nähe außerhalb der Spezifikationen liegen kann.

Das Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung, ausgedrückt als Prozentsatz. Zum Beispiel ist ein Netzteil, das 350 W Ausgangsleistung erzeugt, aber 500 W Eingangsleistung benötigt, zu 70 % effizient. Im Allgemeinen liegt ein gutes Netzteil zwischen 70 % und 80 % Effizienz, obwohl die Effizienz davon abhängt, wie stark das Netzteil belastet wird. Die Berechnung der Effizienz ist schwierig, da PC-Netzteile Schaltnetzteile und keine linearen Netzteile sind. Am einfachsten ist es, sich vorzustellen, dass das Schaltnetzteil für einen Bruchteil der Zeit, in der es läuft, einen hohen Strom zieht und für den Rest der Zeit keinen Strom. Der Prozentsatz der Zeit, in der es Strom zieht, wird als Leistungsfaktor bezeichnet, der bei einem Standard-PC-Netzteil typischerweise 70 % beträgt. Mit anderen Worten: Ein 350-W-PC-Netzteil benötigt tatsächlich 70 % der Zeit 500 W Eingangsleistung und 30 % der Zeit 0 W.

Die Kombination von Leistungsfaktor und Effizienz ergibt einige interessante Zahlen. Das Netzteil liefert 350 W, aber der Leistungsfaktor von 70 % bedeutet, dass es 70 % der Zeit 500 W benötigt. Die Effizienz von 70 % bedeutet jedoch, dass es nicht tatsächlich 500 W zieht, sondern mehr, im Verhältnis 500 W/0,7, oder etwa 714 W. Wenn du das Typenschild eines 350-W-Netzteils untersuchst, wirst du vielleicht feststellen, dass es, um 350 W nominal zu liefern, was 350 W/110 V oder etwa 3,18 Ampere entspricht, tatsächlich bis zu 714 W/110 V oder etwa 6,5 Ampere ziehen muss. Andere Faktoren können diese tatsächliche maximale Stromstärke erhöhen, daher ist es üblich, 300-W- oder 350-W-Netzteile zu sehen, die tatsächlich bis zu 8 oder 10 Ampere Maximum ziehen. Diese Abweichung hat Auswirkungen auf die Planung, sowohl für Stromkreise als auch für USVs, die so dimensioniert sein müssen, dass sie die tatsächliche Stromaufnahme und nicht die Nennausgangsleistung berücksichtigen.

Hohe Effizienz ist aus zwei Gründen wünschenswert. Erstens reduziert sie deine Stromrechnung. Wenn dein System beispielsweise tatsächlich 200 W zieht, verbraucht ein zu 67 % effizientes Netzteil 300 W (200/0,67), um diese 200 W bereitzustellen, und verschwendet 33 % des Stroms, für den du bezahlst. Ein zu 80 % effizientes Netzteil verbraucht nur 250 W (200/0,80), um dieselben 200 W für dein System bereitzustellen. Zweitens wird verschwendete Energie innerhalb deines Systems in Wärme umgewandelt. Mit dem zu 67 % effizienten Netzteil muss dein System 100 W Abwärme loswerden, verglichen mit der Hälfte bei dem zu 80 % effizienten Netzteil.

Leistungsfaktor

Der Leistungsfaktor wird durch Dividieren der Wirkleistung (W) durch die Scheinleistung (Volt x Ampere, oder VA) bestimmt. Standard-Netzteile haben Leistungsfaktoren von etwa 0,70 bis 0,80, wobei die besten Geräte 0,99 erreichen. Einige neuere Netzteile verwenden eine passive oder aktive Leistungsfaktorkorrektur (PFC), die den Leistungsfaktor auf den Bereich von 0,95 bis 0,99 erhöhen kann, wodurch Spitzenstrom und harmonischer Strom reduziert werden. Im Gegensatz zu Standard-Netzteilen, die zwischen hohem Strombezug und keinem Strombezug wechseln, ziehen PFC-Netzteile ständig moderaten Strom. Da elektrische Leitungen, Schutzschalter, Transformatoren und USVs für die maximale Stromaufnahme und nicht für die durchschnittliche Stromaufnahme ausgelegt sein müssen, reduziert die Verwendung eines PFC-Netzteils die Belastung des elektrischen Systems, an das das PFC-Netzteil angeschlossen ist.

Einer der Hauptunterschiede zwischen Premium-Netzteilen und weniger teuren Modellen ist, wie gut sie geregelt sind. Idealerweise nimmt ein Netzteil Wechselstrom auf, der möglicherweise verrauscht ist oder außerhalb der Spezifikationen liegt, und wandelt diesen Wechselstrom in glatten, stabilen Gleichstrom ohne Artefakte um. Tatsächlich erfüllt kein Netzteil das Ideal, aber gute Netzteile kommen dem viel näher als billige. Prozessoren, Arbeitsspeicher und andere Systemkomponenten sind so konzipiert, dass sie mit reiner, stabiler Gleichspannung arbeiten. Jede Abweichung davon kann die Systemstabilität verringern und die Lebensdauer der Komponenten verkürzen. Hier sind die wichtigsten Regelungsprobleme:

Ein perfektes Netzteil würde den Wechselstrom-Sinuswelleneingang aufnehmen und einen völlig flachen Gleichstromausgang liefern. Reale Netzteile liefern tatsächlich einen Gleichstromausgang mit einer kleinen, überlagerten Wechselstromkomponente. Diese Wechselstromkomponente wird als Restwelligkeit (Ripple) bezeichnet und kann als Spitze-zu-Spitze-Spannung (p-p) in Millivolt (mV) oder als Prozentsatz der Nennausgangsspannung ausgedrückt werden. Ein hochwertiges Netzteil kann 1 % Restwelligkeit aufweisen, was als 1 % oder als tatsächliche p-p-Spannungsabweichung für jede Ausgangsspannung ausgedrückt werden kann. Beispielsweise entspricht bei +12 V eine Restwelligkeit von 1 % +0,12 V, was normalerweise als 120 mV ausgedrückt wird. Ein Mittelklasse-Netzteil kann die Restwelligkeit auf einigen Ausgangsspannungen auf 1 % begrenzen, aber auf anderen bis auf 2 % oder 3 % ansteigen lassen. Billige Netzteile können 10 % oder mehr Restwelligkeit aufweisen, was den Betrieb eines PCs zu einem Glücksspiel macht.

Die Last eines PC-Netzteils kann während des Routinebetriebs erheblich variieren; zum Beispiel, wenn der Laser eines DVD-Brenners einsetzt oder ein optisches Laufwerk hoch- und runterfährt. Lastregelung drückt die Fähigkeit des Netzteils aus, bei jeder Spannung die Nennausgangsleistung zu liefern, wenn die Last von Maximum auf Minimum variiert, ausgedrückt als die Spannungsabweichung, die während der Laständerung auftritt, entweder als Prozentsatz oder in p-p-Spannungsdifferenzen. Ein Netzteil mit enger Lastregelung liefert an allen Ausgängen eine nahezu nominale Spannung, unabhängig von der Last (natürlich innerhalb seines Bereichs). Ein erstklassiges Netzteil regelt Spannungen auf den kritischen Spannungsschienen +3,3 V, +5 V und +12 V auf innerhalb von 1 %, mit 5 % Regelung auf den weniger kritischen -5 V und -12 V Schienen. Ein exzellentes Netzteil könnte die Spannung auf allen kritischen Schienen auf innerhalb von 3 % regeln. Ein Mittelklasse-Netzteil könnte die Spannung auf allen kritischen Schienen auf innerhalb von 5 % regeln. Billige Netzteile können auf jeder Schiene um 10 % oder mehr variieren, was inakzeptabel ist.

Ein ideales Netzteil würde nominale Ausgangsspannungen liefern, während es mit jeder AC-Eingangsspannung innerhalb seines Bereichs gespeist wird. Reale Netzteile erlauben es, dass die DC-Ausgangsspannungen leicht variieren, wenn sich die AC-Eingangsspannung ändert. Genauso wie die Lastregelung den Effekt der internen Last beschreibt, kann Netzregelung als die Beschreibung der Effekte externer Lasten betrachtet werden; zum Beispiel ein plötzlicher Abfall der gelieferten AC-Netzspannung, wenn ein Aufzugsmotor anläuft. Die Netzregelung wird gemessen, indem alle anderen Variablen konstant gehalten und die DC-Ausgangsspannungen gemessen werden, während die AC-Eingangsspannung über den Eingangsbereich variiert wird. Ein Netzteil mit enger Netzregelung liefert Ausgangsspannungen innerhalb der Spezifikation, wenn der Eingang von maximal auf minimal zulässig variiert. Die Netzregelung wird auf die gleiche Weise wie die Lastregelung ausgedrückt, und die akzeptablen Prozentsätze sind die gleichen.

Der Lüfter des Netzteils ist eine der Hauptlärmquellen in den meisten PCs. Wenn es dein Ziel ist, den Geräuschpegel deines Systems zu reduzieren, ist es wichtig, ein geeignetes Netzteil zu wählen. Geräuschreduzierte Netzteile-Modelle wie das Antec TruePower 2.0 und SmartPower 2.0, Enermax NoiseTaker, Nexus NX, PC Power & Cooling Silencer, Seasonic SS und Zalman ZM sind darauf ausgelegt, Lüftergeräusche zu minimieren, und können die Basis für ein System bilden, das in einem ruhigen Raum fast unhörbar ist. Geräuschlose Netzteile, wie das Antec Phantom 350 und das Silverstone ST30NF, haben überhaupt keine Lüfter und sind fast völlig geräuschlos (es kann ein leichtes Summen von den elektrischen Bauteilen ausgehen). Praktisch gesehen gibt es selten einen großen Vorteil bei der Verwendung eines lüfterlosen Netzteils. Sie sind im Vergleich zu geräuschreduzierten Netzteilen recht teuer, und die geräuschreduzierten Geräte sind leise genug, dass jedes Geräusch, das sie machen, von den Geräuschen der Gehäuselüfter, des CPU-Kühlers, der Drehgeräusche der Festplatte usw. überdeckt wird.

VON DEN SCHIENEN ABKOMMEN

Die Lastregelung auf der +12 V-Schiene wurde viel wichtiger, als Intel den Pentium 4 herausbrachte. In der Vergangenheit wurden +12 V hauptsächlich für den Betrieb von Laufwerksmotoren verwendet. Mit dem Pentium 4 begann Intel, 12 V-Spannungsregler zu verwenden, um die höheren Ströme bereitzustellen, die Pentium 4-Prozessoren benötigen. Aktuelle AMD-Prozessoren verwenden ebenfalls 12 V-Spannungsregler, um den Prozessor mit Strom zu versorgen. ATX12V-konforme Netzteile sind mit dieser Anforderung im Hinterkopf konzipiert. Ältere und/oder preiswerte ATX-Netzteile, obwohl sie möglicherweise für eine ausreichende Stromstärke auf der +12 V-Schiene ausgelegt sind, um einen modernen Prozessor zu unterstützen, verfügen möglicherweise nicht über eine ausreichende Regelung, um dies ordnungsgemäß zu tun.

In den letzten Jahren gab es einige bedeutende Änderungen bei Netzteilen, die alle direkt oder indirekt aus dem gestiegenen Stromverbrauch und den Änderungen der von modernen Prozessoren und anderen Systemkomponenten verwendeten Spannungen resultierten. Wenn du ein Netzteil in einem älteren System austauschst, ist es wichtig, die Unterschiede zwischen dem älteren Netzteil und aktuellen Geräten zu verstehen. Werfen wir also einen kurzen Blick auf die Entwicklung der Netzteile der ATX-Familie im Laufe der Jahre.

Seit 25 Jahren liefert jedes PC-Netzteil Standard-Molex- (Festplatten-) und Berg- (Diskettenlaufwerks-) Stromstecker, die zur Stromversorgung von Laufwerken und ähnlichen Peripheriegeräten verwendet werden. Wo sich Netzteile unterscheiden, ist die Art der Stecker, die sie verwenden, um das Motherboard selbst mit Strom zu versorgen. Die ursprüngliche ATX-Spezifikation definierte den 20-poligen ATX-Hauptstromstecker, der in Abbildung 16-2 gezeigt ist. Dieser Stecker wurde von allen ATX-Netzteilen und frühen ATX12V-Netzteilen verwendet.

Abbildung 16-2: Der 20-polige ATX/ATX12V-Hauptstromstecker

Der 20-polige ATX-Hauptstromstecker wurde zu einer Zeit entworfen, als Prozessoren und Arbeitsspeicher +3,3 V und +5 V verwendeten, daher gibt es zahlreiche +3,3 V- und +5 V-Leitungen, die für diesen Stecker definiert sind. Die Kontakte innerhalb des Steckergehäuses sind für maximal 6 Ampere ausgelegt. Das bedeutet, dass die drei +3,3 V-Leitungen 59,4 W (3,3 V x 6 A x 3 Leitungen), die vier +5 V-Leitungen 120 W und die eine +12 V-Leitung 72 W tragen können, für insgesamt etwa 250 W.

Diese Konfiguration reichte für frühe ATX-Systeme aus, aber als Prozessoren und Arbeitsspeicher stromhungriger wurden, erkannten Systemdesigner bald, dass der 20-polige Stecker unzureichenden Strom für neuere Systeme lieferte. Ihre erste Modifikation war das Hinzufügen des ATX-Hilfsstromsteckers, der in Abbildung 16-3 gezeigt ist. Dieser in den ATX-Spezifikationen 2.02 und 2.03 sowie in ATX12V 1.X definierte, aber aus späteren Versionen der ATX12V-Spezifikation gestrichene Stecker verwendet Kontakte, die für 5 Ampere ausgelegt sind. Seine zwei +3,3 V-Leitungen fügen daher 33 W an +3,3 V-Tragekapazität hinzu, und seine eine +5 V-Leitung fügt 25 W an +5 V-Tragekapazität hinzu, für einen Gesamtzusatz von 58 W.

Abbildung 16-3: Der 6-polige ATX/ATX12V-Hilfsstromstecker

Intel strich den Hilfsstromstecker aus späteren Versionen der ATX12V-Spezifikation, da er für Pentium 4-Prozessoren überflüssig war. Der Pentium 4 verwendete +12 V-Strom anstelle der +3,3 V und +5 V, die von früheren Prozessoren und anderen Komponenten verwendet wurden, sodass keine Notwendigkeit mehr für zusätzliche +3,3 V und +5 V bestand. Die meisten Netzteilhersteller hörten kurz nach der Einführung des Pentium 4 Anfang 2000 auf, den Hilfsstromstecker bereitzustellen. Wenn dein Motherboard den Hilfsstromstecker benötigt, ist das ein ausreichender Beweis dafür, dass dieses System zu alt ist, um wirtschaftlich aufrüstbar zu sein.

Während der Hilfsstromstecker zusätzlichen +3,3 V- und +5 V-Strom lieferte, trug er nichts dazu bei, die Menge an +12 V-Strom zu erhöhen, die für das Motherboard verfügbar war, und das erwies sich als entscheidend. Motherboards verwenden Spannungsregler (VRMs) (Voltage Regulator Modules), um die relativ hohen Spannungen, die vom Netzteil geliefert werden, in die niedrigen Spannungen umzuwandeln, die vom Prozessor benötigt werden. Frühere Motherboards verwendeten +3,3 V- oder +5 V-Spannungsregler, aber der gestiegene Stromverbrauch des Pentium 4 machte es erforderlich, auf +12 V-Spannungsregler umzustellen. Das schuf ein großes Problem. Der 20-polige Hauptstromstecker konnte maximal 72 W an +12 V-Strom liefern, viel weniger als für die Stromversorgung eines Pentium 4-Prozessors benötigt wurde. Der Hilfsstromstecker fügte keine +12 V hinzu, also wurde noch ein weiterer ergänzender Stecker benötigt.

Intel aktualisierte die ATX-Spezifikation, um einen neuen 4-poligen 12 V-Stecker einzuschließen, der als +12 V-Stromstecker bezeichnet wird (oder umgangssprachlich als P4-Stecker, obwohl neuere AMD-Prozessoren diesen Stecker ebenfalls verwenden). Zur gleichen Zeit benannten sie die ATX-Spezifikation in ATX12V-Spezifikation um, um die Ergänzung des +12 V-Steckers widerzuspiegeln. Der +12 V-Stecker, der in Abbildung 16-4 gezeigt ist, hat zwei +12 V-Pins, die jeweils für 8 Ampere ausgelegt sind, für insgesamt 192 W an +12 V-Strom und zwei Masse-Pins. Mit den 72 W an +12 V-Strom, die vom 20-poligen Hauptstromstecker bereitgestellt werden, kann ein ATX12V-Netzteil bis zu 264 W an +12 V-Strom bereitstellen, mehr als ausreichend selbst für die schnellsten Prozessoren.

Abbildung 16-4: Der 4-polige +12 V-Stromstecker

Der +12 V-Stromstecker ist dediziert für die Stromversorgung des Prozessors vorgesehen und wird an einem Motherboard-Anschluss in der Nähe des Prozessorsockels angebracht, um Leistungsverluste zwischen dem Stromstecker und dem Prozessor zu minimieren. Da der Prozessor nun über den +12 V-Stecker mit Strom versorgt wurde, entfernte Intel den Hilfsstromstecker, als sie 2000 die Spezifikation ATX12V 2.0 veröffentlichten. Von diesem Zeitpunkt an wurden alle neuen Netzteile mit dem +12 V-Stecker geliefert, und einige bieten bis heute den Hilfsstromstecker an.

Diese Änderungen im Laufe der Zeit bedeuten, dass ein Netzteil in einem älteren System eine der folgenden vier Konfigurationen haben kann (von der ältesten zur neuesten):

• nur 20-poliger Hauptstromstecker
• 20-poliger Hauptstromstecker und 6-poliger Hilfsstromstecker
• 20-poliger Hauptstromstecker, 6-poliger Hilfsstromstecker und 4-poliger +12 V-Stecker
• 20-poliger Hauptstromstecker und 4-poliger +12 V-Stecker

Sofern das Motherboard nicht den 6-poligen Hilfsstecker benötigt, kannst du jedes aktuelle ATX12V-Netzteil verwenden, um jede dieser Konfigurationen zu ersetzen.

Das bringt uns zur aktuellen Spezifikation ATX12V 2.X, die weitere Änderungen an den Standard-Stromsteckern vornahm. Die Einführung des PCI Express-Videostandards im Jahr 2004 warf erneut das alte Problem auf, dass der +12 V-Strom, der am 20-poligen Hauptstromstecker verfügbar war, auf 6 Ampere (oder insgesamt 72 W) begrenzt war. Der +12 V-Stecker kann reichlich +12 V-Strom liefern, ist aber für den Prozessor reserviert. Eine schnelle PCI Express-Grafikkarte kann leicht mehr als 72 W an +12 V-Strom ziehen, also musste etwas getan werden.

Intel hätte noch einen weiteren ergänzenden Stromstecker einführen können, aber stattdessen entschied es sich diesmal, in den sauren Apfel zu beißen und den alternden 20-poligen Hauptstromstecker durch einen neuen Hauptstromstecker zu ersetzen, der dem Motherboard mehr +12 V-Strom liefern konnte. Das Ergebnis war der neue 24-polige ATX12V 2.0 Hauptstromstecker, der in Abbildung 16-5 gezeigt ist.

Abbildung 16-5: Der 24-polige ATX12V 2.0 Hauptstromstecker

Der 24-polige Hauptstromstecker fügt den Kabeln des 20-poligen Hauptstromsteckers vier Drähte hinzu: einen Masse- (COM-) Draht sowie einen zusätzlichen Draht für +3,3 V, +5 V und +12 V. Wie beim 20-poligen Stecker sind die Kontakte innerhalb des Gehäuses des 24-poligen Steckers für maximal 6 Ampere ausgelegt. Das bedeutet, dass die vier +3,3 V-Leitungen 79,2 W (3,3 V x 6 A x 4 Leitungen), die fünf +5 V-Leitungen 150 W und die zwei +12 V-Leitungen 144 W tragen können, für insgesamt etwa 373 W. Mit den 192 W an +12 V, die vom +12 V-Stromstecker bereitgestellt werden, kann ein modernes ATX12V 2.0-Netzteil eine Gesamtleistung von bis zu etwa 565 W liefern.

Man würde meinen, 565 W würden für jedes System ausreichen. Leider ist das nicht wahr. Das Problem ist wie üblich die Frage, welche Spannungen wo verfügbar sind. Der 24-polige ATX12V 2.0 Hauptstromstecker weist eine seiner +12 V-Leitungen der PCI Express-Grafikkarte zu, was zum Zeitpunkt der Veröffentlichung der Spezifikation als ausreichend erachtet wurde. Aber die schnellsten aktuellen PCI Express-Grafikkarten können weit mehr als die 72 W verbrauchen, die diese dedizierte +12 V-Leitung liefern kann. Zum Beispiel haben wir eine NVIDIA 6800 Ultra-Grafikkarte, die eine +12 V-Spitzenaufnahme von 110 W hat.

Offensichtlich war eine Möglichkeit zur Bereitstellung von zusätzlichem Strom erforderlich. Einige hochstromfähige AGP-Grafikkarten lösten dieses Problem durch die Einbeziehung eines Molex-Festplattensteckers, an den man ein Standard-Peripherie-Stromkabel anschließen konnte. PCI Express-Grafikkarten verwenden eine elegantere Lösung. Der 6-polige PCI Express-Grafikstromstecker, der in Abbildung 16-6 gezeigt ist, wurde von der PCISIG (http://www.pcisig.org), der für die Wartung des PCI Express-Standards zuständigen Organisation, speziell definiert, um den zusätzlichen +12 V-Strom bereitzustellen, der von schnellen PCI Express-Grafikkarten benötigt wird. Obwohl er noch kein offizieller Bestandteil der ATX12V-Spezifikation ist, ist dieser Stecker gut standardisiert und an den meisten aktuellen Netzteilen vorhanden. Wir erwarten, dass er in das nächste Update der ATX12V-Spezifikation aufgenommen wird.

Abbildung 16-6: Der 6-polige PCI Express-Grafikstromstecker

Der PCI Express-Grafikstromstecker verwendet einen Stecker ähnlich dem +12 V-Stromstecker, wobei die Kontakte ebenfalls für 8 Ampere ausgelegt sind. Mit drei +12 V-Leitungen zu je 8 Ampere kann der PCI Express-Grafikstromstecker bis zu 288 W (12 x 8 x 3) an +12 V-Strom liefern, was selbst für die schnellsten zukünftigen Grafikkarten ausreichen sollte. Da einige PCI Express-Motherboards duale PCI Express-Grafikkarten unterstützen können, enthalten einige Netzteile jetzt zwei PCI Express-Grafikstromstecker, was die gesamte für Grafikkarten verfügbare +12 V-Leistung auf 576 W erhöht. Addiert zu den 565 W, die am 24-poligen Hauptstromstecker und am +12 V-Stecker verfügbar sind, bedeutet das, dass ein ATX12V 2.0-Netzteil mit einer Gesamtkapazität von 1.141 W gebaut werden könnte. (Das größte, das uns bekannt ist, ist ein 1.000 W-Gerät, das bei PC Power & Cooling erhältlich ist.)

Bei all den Änderungen über die Jahre wurden Geräte-Stromstecker vernachlässigt. Netzteile, die im Jahr 2000 hergestellt wurden, enthielten dieselben Molex- (Festplatten-) und Berg- (Diskettenlaufwerks-) Stromstecker wie Netzteile, die 1981 hergestellt wurden. Das änderte sich mit der Einführung von Serial ATA, das einen anderen Stromstecker verwendet. Der 15-polige SATA-Stromstecker, der in Abbildung 16-7 gezeigt ist, enthält sechs Masse-Pins und jeweils drei Pins für +3,3 V, +5 V und +12 V. In diesem Fall ist die hohe Anzahl spannungsführender Pins nicht dazu gedacht, eine höhere Stromstärke zu unterstützen – eine SATA-Festplatte zieht wenig Strom, und jedes Laufwerk hat seinen eigenen Stromstecker –, sondern um die Anschlüsse zu unterstützen, die für das Hot-Plugging, also das Anschließen/Trennen eines Laufwerks, ohne dessen Stromversorgung auszuschalten, benötigt werden.

Abbildung 16-7: Der ATX12V 2.0 Serial ATA-Stromstecker

Trotz all dieser Änderungen im Laufe der Jahre hat die ATX-Spezifikation große Anstrengungen unternommen, um die Abwärtskompatibilität neuer Netzteile mit alten Motherboards sicherzustellen. Das bedeutet, dass du mit sehr wenigen Ausnahmen ein neues Netzteil an ein altes Motherboard anschließen kannst oder umgekehrt.

VORSICHT VOR ÄLTEREN DELL-SYSTEMEN

Für einige Jahre Ende der 1990er Jahre verwendete Dell Standardstecker an seinen Motherboards und Netzteilen, jedoch mit nicht standardmäßigen Pin-Verbindungen. Der Anschluss eines Standard-ATX-Netzteils an eines dieser nicht standardmäßigen Dell-Motherboards (oder umgekehrt) könnte das Motherboard und/oder das Netzteil zerstören. Glücklicherweise sind diese Systeme mittlerweile so alt, dass sie nicht mehr wirtschaftlich aufrüstbar sind. Dennoch: Wenn du bei einem älteren Dell-System das Netzteil oder das Motherboard austauschst, vergewissere dich unbedingt, dass es sich nicht um eines der nicht standardmäßigen Dell-Geräte handelt. Überprüfe dazu die Modellnummer des Systems auf der Website von PC Power & Cooling (http://www.pcpowerandcooling.com). PC Power & Cooling verkauft Ersatznetzteile für diese nicht standardmäßigen Dell-Systeme, aber da das jüngste dieser Systeme jetzt recht alt ist, ist es unklar, wie lange PC Power & Cooling diese nicht standardmäßigen Netzteile noch verkaufen wird.

Selbst der Wechsel des Hauptstromsteckers von 20 auf 24 Pins stellt kein Problem dar, da der neuere Stecker dieselben Pin-Verbindungen und Kodierung für die Pins 1 bis 20 beibehält und einfach die Pins 21 bis 24 an das Ende des älteren 20-poligen Layouts anfügt. Wie Abbildung 16-8 zeigt, passt ein alter 20-poliger Hauptstromstecker perfekt in den 24-poligen Hauptstromstecker. Tatsächlich ist die Hauptstromstecker-Anschlussbuchse auf allen 24-poligen Motherboards, die wir gesehen haben, speziell dafür ausgelegt, ein 20-poliges Kabel aufzunehmen. Beachte die Leiste in voller Länge an der Motherboard-Anschlussbuchse in Abbildung 16-8, die dazu dient, ein 20-poliges Kabel einrasten zu lassen.

Abbildung 16-8: Ein 20-poliger ATX-Hauptstromstecker, der an ein 24-poliges Motherboard angeschlossen ist

Natürlich enthält das 20-polige Kabel nicht die zusätzlichen +3,3 V-, +5 V- und +12 V-Drähte, die am 24-poligen Kabel vorhanden sind, was ein potenzielles Problem aufwirft. Wenn das Motherboard den zusätzlichen Strom benötigt, der auf dem 24-poligen Kabel verfügbar ist, kann es nicht mit dem 20-adrigen Kabel betrieben werden. Als Problemumgehung bieten die meisten 24-poligen Motherboards eine Standard-Molex- (Festplatten-) Anschlussbuchse irgendwo auf dem Motherboard. Wenn du dieses Motherboard mit einem 20-adrigen Stromkabel verwendest, musst du auch ein Molex-Kabel vom Netzteil an das Motherboard anschließen. Dieses Molex-Kabel liefert die zusätzlichen +5 V und +12 V (wenn auch nicht +3,3 V), die das Motherboard zum Betrieb benötigt. (Die meisten Motherboards haben keine Anforderungen an +3,3 V, die höher sind, als das 20-adrige Kabel erfüllen kann; solche, die dies haben, können einen ergänzenden Spannungsregler verwenden, um einen Teil der zusätzlichen +12 V, die vom Molex-Stecker geliefert werden, in +3,3 V umzuwandeln.)

Da der 24-polige ATX-Hauptstromstecker eine Obermenge der 20-poligen Version ist, ist es auch möglich, ein 24-poliges Netzteil mit einem 20-poligen Motherboard zu verwenden. Setze dazu das 24-polige Kabel in die 20-polige Anschlussbuchse ein, wobei die vier nicht verwendeten Pins über den Rand hinausragen. Das Kabel und die Motherboard-Anschlussbuchse sind kodiert, um eine unsachgemäße Installation des Kabels zu verhindern. Ein mögliches Problem wird in Abbildung 16-9 veranschaulicht. Einige Motherboards haben Kondensatoren, Stecker oder andere Komponenten so nah an der ATX-Hauptstromstecker-Anschlussbuchse, dass nicht genügend Freiraum für die zusätzlichen vier Pins des 24-poligen Stromkabels vorhanden ist. In Abbildung 16-9 beispielsweise ragen diese zusätzlichen Pins in den sekundären ATA-Anschluss hinein.

Abbildung 16-9: Ein 24-poliger ATX-Hauptstromstecker, der an ein 20-poliges Motherboard angeschlossen ist

Glücklicherweise gibt es eine einfache Lösung für dieses Problem. Verschiedene Unternehmen stellen 24-auf-20-Pin-Adapterkabel her, wie das in Abbildung 16-10 gezeigte. Das 24-polige Kabel vom Netzteil wird an das eine Ende des Kabels (das linke Ende in dieser Abbildung) angeschlossen, und das andere Ende ist ein Standard-20-Pin-Stecker, der direkt in die 20-polige Anschlussbuchse auf dem Motherboard gesteckt wird. Viele hochwertige Netzteile enthalten einen solchen Adapter in der Box. Falls deines keinen enthält und du einen Adapter benötigst, kannst du einen bei den meisten Online-Computerteilehändlern oder in einem gut sortierten örtlichen Computergeschäft kaufen.

Abbildung 16-10: Ein Adapterkabel zur Verwendung eines 24-poligen ATX-Hauptstromsteckers mit einem 20-poligen Motherboard

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