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電源ユニット（PSU）は、主電源の交流電力を、デスクトップコンピュータの内部部品用の低電圧で安定化された直流電力に変換します。現代のパーソナルコンピュータは、一般的にスイッチング電源を使用しています。電源ユニットの中には、入力電圧を選択するための手動スイッチを備えているものもあれば、主電源電圧に自動的に適応するものもあります。
最新のデスクトップパソコン用電源のほとんどは、フォームファクタや電圧許容範囲を含むATX 仕様に準拠しています。ATX 電源は主電源に接続されている間、常に 5ボルトのスタンバイ (5VSB) 電源を供給し、パソコンのスタンバイ機能や特定の周辺機器に電力を供給します。ATX 電源はマザーボードからの信号によってオン/オフされます。また、DC 電圧が仕様内であることを示す信号をマザーボードに供給し、パソコンが安全に起動できるようにします。最新の ATX PSU 規格は、2025 年半ば時点でバージョン 3.1 です。[ 1 ]
デスクトップコンピュータの電源装置は、主電源のコンセントから供給される交流（AC）を、マザーボード、プロセッサ、周辺機器を動作させるための低電圧直流（DC）に変換します。複数の直流電圧が必要であり、コンピュータの安定した動作を確保するためには、それらをある程度の精度で安定化させる必要があります。電源レールまたは電圧レールとは、電源装置（PSU）から供給される単一の電圧を指します。[ 2 ]
一部の電源ユニットはスタンバイ電圧も供給できるため、休止状態やシャットダウンの準備後にコンピュータシステムの大部分の電源をオフにし、イベントによって再び電源をオンにすることができます。スタンバイ電源を使用すると、 Wake-on-LANやWake-on-ringを介してリモートでコンピュータを起動したり、マザーボードがサポートしている場合はキーボード電源オン（KBPO）を介してローカルで起動したりできます。このスタンバイ電圧は、ユニット内部の小型リニア電源またはスイッチング電源によって生成され、コストとエネルギーを節約するためにメインユニットと一部のコンポーネントを共有します。
第一世代のマイクロコンピュータやホームコンピュータの電源ユニットは、例えば1977年に発売されたCommodore PETのように、重い降圧トランスとリニア電源を使用していた。同じく1977年に発売されたApple IIは、同等のリニア電源よりも軽量で小型で、冷却ファンのないスイッチング電源で知られていた。スイッチング電源は、フェライトコアの高周波トランスと、毎秒数千回スイッチングするパワートランジスタを使用している。トランジスタのスイッチング時間を調整することで、リニアレギュレータで熱としてエネルギーを消費することなく、出力電圧を精密に制御できる。高出力・高電圧トランジスタが低価格で開発されたことで、航空宇宙、メインフレーム、ミニコンピュータ、カラーテレビで使用されていたスイッチング電源をデスクトップパーソナルコンピュータに導入することが実用的になった。Atariのエンジニア、Rod HoltによるApple IIの設計は特許を取得しており[ 3 ] [ 4 ]、現代のコンピュータ電源設計の先駆けとなった。現在、最新のコンピュータはすべてスイッチング電源を使用しており、これは同等のリニア電源よりも軽量で、コストが低く、効率も優れている。
コンピュータの電源装置には、短絡保護、過電力（過負荷）保護、過電圧保護、低電圧保護、過電流保護、過熱保護などの機能が備わっている場合があります。
世界中で使用できるように設計された電源装置には、かつては入力電圧セレクタースイッチが装備されており、ユーザーはユニットを地域の電力網に合わせて構成することができました。115V付近の低電圧範囲では 、このスイッチをオンにすると、デロン回路設計では電力網電圧整流器が電圧倍増器に変わります。その結果、整流器の後ろにある大きな一次フィルタコンデンサは、直列に接続された2つのコンデンサに分割され、230V付近の高入力電圧範囲で必要となるブリーダ抵抗とバリスタ でバランスが取られました。低電圧範囲用に構成されたユニットを高電圧の電力網に接続すると、通常は即座に永久的な損傷が発生しました。力率改善（PFC）が必要な場合は、これらのフィルタコンデンサをより容量の大きいものに交換し、突入電流を遅延させるためのコイルを直列に接続しました。これがパッシブPFCのシンプルな設計です。
アクティブPFCはより複雑な構造を持ち、0.99以上の高い力率（PF）を実現できます。初期のアクティブPFC回路は突入電流を遅延させるだけのものでしたが、最新のものは入力および出力の状態制御型昇圧コンバータとして機能し、 通常80～240Vの広範囲な入力電源から単一の400Vフィルタコンデンサに電力を供給します。 また、最新のPFC回路は、以前はヒューズの隣に設置されていた高価なNTCサーミスタを用いた突入電流リミッタを置き換えるものです。
初代IBM PCの電源ユニット（PSU）は、+ 5Vと+ 12Vの2つの主要電圧を供給しました。また、-5Vと-12Vの2つの電圧も供給しましたが、出力は限られていました。当時のマイクロチップのほとんどは5V電源で動作していたため、これらのPSUが供給できた63.5Wのうち、大部分は+ 5Vレールからの電力でした。
+ 12V電源は、主にディスクドライブや冷却ファンなどのモーターを駆動するために使用されました。周辺機器が増えるにつれて、12V レールで供給される電力も増加しました。しかし、電力の大部分はチップによって消費されるため、5V レールが依然として電力の大部分を供給していました。-12Vレールは、主にRS-232 シリアルポートに負の電源電圧を供給するために使用されました。- 5VレールはISAバス上の周辺機器（サウンドカードなど）用に用意されていましたが、初代IBM PCマザーボード以外のマザーボードでは使用されませんでした。
「パワーグッド」と呼ばれる追加の配線は、電源投入後の最初の数ミリ秒間、出力電圧と電流が上昇しているものの、デバイスを適切に動作させるには十分または安定していない段階で、デジタル回路が動作しないようにするために使用されます。出力電力が使用可能になると、パワーグッド信号によってデジタル回路に動作開始の合図が送られます。
IBMのPC（モデル5150）、XT、AT用の純正電源装置には、コンピュータケースの側面から伸びるライン電圧切り替えスイッチが付属していました。タワー型ケースによく見られるタイプでは、ライン電圧切り替えスイッチは短いケーブルで電源装置に接続されており、電源装置とは別に設置できるようになっていました。
初期のマイクロコンピュータの電源は、機械式のライン電圧スイッチによって完全にオンかオフかのどちらかに制御され、省エネのための低電力アイドルモードは初期のコンピュータ電源の設計上の考慮事項ではありませんでした。これらの電源は一般的に、スタンバイモードや「ソフトオフ」などの省電力モード、あるいはスケジュールによる電源オン制御機能を備えていませんでした。
常時オン設計のため、短絡が発生した場合、ヒューズが切れるか、スイッチング電源の場合は電源を繰り返し遮断し、短時間待機してから再起動を試みます。一部の電源では、この繰り返しの再起動時に、デバイスから静かで速いチリチリという音やカチカチという音が聞こえます。
IntelがATX規格の電源コネクタを開発した当時（1995年発表）、1994年のIntel 80486DX4 マイクロプロセッサを皮切りに、3.3Vで動作するマイクロチップが普及し始めており、ATX規格では+ 3.3V、+5V 、+ 12Vの3つの正電源レールが供給されていた。それ以前の3.3Vを必要とするコンピュータは、通常、 +5Vレールに接続された単純だが効率の悪いリニアレギュレータから3.3Vを供給していた。
ATXコネクタは、3.3V 電源用に複数の配線と電源接続を提供します。これは、電源接続における電圧降下に最も敏感なためです。ATXのもう一つの特長は、コンピュータが名目上「オフ」の状態でも 少量のスタンバイ電力を供給するための+5V SB（スタンバイ）レールです。
コンピュータがACPI S3スリープモードの場合、+5V SBレールのみが使用されます。
AT電源とATX電源には、マザーボードに電力を供給するコネクタとソフトスイッチという2つの基本的な違いがあります。ATX方式のシステムでは、フロントパネルの電源スイッチは電源ユニットに制御信号のみを供給し、主電源の交流電圧を切り替えることはありません。この低電圧制御により、他のコンピュータハードウェアやソフトウェアでシステムのオン/オフを切り替えることができます。
ATX電源は、以前のフォーマットと同じ寸法（150 × 86mm （5.9 × 3.4インチ））と取り付けレイアウト（ユニットの背面に配置された4本のネジ）を共有しているため、特定の電源が特定のケースに対して長すぎない限り、ATケースがATX電源を受け入れることを妨げる大きな物理的な違いはありません（ケースがAT電源に必要な電源スイッチを収容できる場合は、その逆も同様です）。
チップ上のトランジスタが小型化するにつれて、より低い電源電圧で動作させることが望ましいようになり、最も高密度なチップである中央処理装置（CPU）では、最も低い電源電圧が求められることが多い。Pentium以降のマイクロプロセッサに大量の低電圧電力を供給するために、マザーボードには電圧レギュレータモジュールという特殊な電源が搭載されるようになった。最新のプロセッサでは、 1.5V以下で200Aを超える電流が必要になる場合があり、これは外部電源から供給するには非現実的である。
当初、この電力はメインの+ 5V電源から供給されていましたが、電力需要の増加に伴い、十分な電力を供給するために必要な大電流が問題となりました。5V電源での電力損失を低減するため、IntelはPentium 4 マイクロプロセッサの導入に伴い、プロセッサの電源を+ 12Vで動作するように変更し、その電力を供給するために、新しいATX12V 1.0規格に独立した4ピンのP4コネクタを追加しました。
最新の高性能グラフィックス処理ユニットも同様の仕組みを採用しており、その結果、最新のパーソナルコンピュータの電力要件の大部分は+ 12Vレールで賄われています。高性能GPUが初めて登場した当時、一般的なATX電源は「 5V負荷」で、出力の50～60%しか12V電源として供給できませんでした。そのため、GPUメーカーは、200～ 250Wの12V電源（ピーク負荷、CPU+GPU） を確保するために、500～600W以上の電源を推奨していました。より新しいATX電源では、定格容量のほぼすべて（通常80～90%）を+ 12V電源として供給できます。
この変更により、 古いATX電源を最新のコンピューターで使用する場合は、全体の電力容量ではなく、+12V供給容量を考慮することが重要になります。
低品質の電源メーカーは、電源定格を完全に理解している顧客はごく少数であることを知っているため、この過剰仕様を利用して非現実的に高い電源定格を設定することがある。[ 5 ]
+ 3.3Vおよび+ 5Vの電源レール電圧が制限要因となることは稀です。一般的に、十分な+ 12V定格の電源であれば、より低い電圧でも十分な容量を発揮します。ただし、ほとんどのハードドライブやPCIカードは、+ 5Vレールに大きな負荷をかけます。
旧型のCPUやマザーボード上のロジックデバイスは、5Vの動作電圧用に設計されていました。これらのコンピュータの電源は、5V出力を精密に制御し、12Vレールを両レールの負荷比に応じて指定された電圧範囲内で供給します。+ 12V電源は、コンピュータのファンモーター、ディスクドライブモーター、シリアルインターフェース（-12V電源も使用）に使用されました。12Vのもう一つの用途はサウンドカードで、リニアチップオーディオパワーアンプが使用され、モーターのノイズを低減するためにカード上の9Vリニアレギュレータでフィルタリングされる場合もありました。
i386の一部のCPUは3.3Vや3.45Vといった低い動作電圧を使用するため 、マザーボードには5V電源から供給されるリニア電圧レギュレータが搭載されていました。ジャンパーやディップスイッチによって、出力電圧は搭載されているCPUの仕様に合わせて設定されていました。より新しいCPUがより高い電流を必要とするようになると、効率化のために、バックコンバータなどのスイッチング電圧レギュレータがリニアレギュレータに取って代わりました。
ATX規格の最初の改訂以来、電源ユニットには3.3Vの出力電圧レールが必須とされてきた。まれに、5V電源から供給され、電圧降下と電流の積を熱に変換するリニアレギュレータがこれらの電圧を生成していた。後のレギュレータは、3.3V、5V、12Vのすべてのレールを制御するようになった。
i386以降のCPU世代では、トランジスタ数の増加による静的電流の増加と、トランジスタ数とスイッチング周波数の増加による動的電流の大幅な増加により、 CPUの消費電流が増加したため、電圧レギュレータをCPUの近くに配置する必要が生じた。
エントリーレベル電源仕様（EPS）は、高消費電力コンピュータおよびエントリーレベルサーバー向けの電源ユニットです。サーバー規格に取り組むインテル、デル、ヒューレット・パッカードなどの企業グループであるサーバーシステムインフラストラクチャ（SSI）フォーラムによって開発されたEPSフォームファクタは、ATXフォームファクタの派生形です。最新の仕様はv2.93です。
EPS 規格は、重要なサーバーベースのシステムやアプリケーションに、より強力で安定した環境を提供します。EPS 電源には、24 ピンのマザーボード電源コネクタと 8 ピンの +12 V コネクタがあります。この規格では、より多くの電力を必要とするボード用に、 さらに 2 つの 4 ピン 12 V コネクタも規定しています(700 ～ 800 W の電源では 1 つ、850 W 以上の電源では両方とも必要)。EPS 電源は、原則として家庭やオフィスで使用されている標準的なATXまたはATX12Vマザーボードと互換性がありますが、12 V コネクタ、古いボードの場合はコネクタがソケットからはみ出す機械的な問題が発生する可能性があります。[ 6 ]多くの電源ベンダーは、この問題を回避するために、余分なセクションをクリップで外せるコネクタを使用しています。ATX 電源規格の後のバージョンと同様に、-5 V レールもありません。
電源容量の増加に伴い、ATX電源規格は（バージョン2.0 [ 7 ]以降）以下のように改訂されました。
3.2.4. 電力制限 / 危険なエネルギーレベル通常または過負荷状態において、UL 1950 / CSA 950 / EN 60950 / IEC 950の要件に従い、出力短絡を含むあらゆる負荷条件下で、 出力は 240 VA を超える電力を継続的に供給してはなりません。
— ATX12V電源設計ガイド、バージョン2.2 [ 8 ]
この要件は後にATX12V電源仕様のバージョン2.3（2007年3月）から削除されましたが[ 9 ]、現代のATX電源ではシングルレールとマルチレールの区別が生じました。
この規則は、単一の出力ワイヤを流れる電流の安全制限を設定することを目的としていました。十分な電流が流れると、短絡時に深刻な損傷を引き起こしたり、故障時にワイヤや絶縁体を溶かしたり、火災を引き起こしたり、他のコンポーネントを損傷したりする可能性があります。この規則では、各出力を 20アンペア未満に制限しており、一般的な電源では 18 A の供給が保証されています。12 Vで18 A を超える電流を供給できる電源は、ケーブルのグループ (「レール」と呼ばれる) で出力を提供します。各レールは、1 本または複数のケーブルを通じて制限された量の電流を供給し、各レールは独自の電流センサーによって独立して制御され、過電流が発生すると電源が遮断されます。ヒューズや回路ブレーカーとは異なり、これらの制限は過負荷が取り除かれるとすぐにリセットされます。通常、電源は18.5 A ± 8%の電流制限を持つことで、12 V で少なくとも 17 A を保証します。したがって、最低17Aの電流供給が保証され、20Aに達する前に確実に遮断されます。各ケーブルグループの電流制限値は文書化されているため、ユーザーは同じグループに大電流負荷を過剰に接続することを避けることができます。
ATX 2.0 の時代には、「複数の +12 V レール」を備えた電源は、 20 A を超える +12 V 電力を供給できることを意味し、良いことと見なされていました。しかし、特にハイエンドの電源が最大 2000 W、つまり12 V で 150 A以上(以前の 240 W または 500 W と比較して)というはるかに大きな電流を供給するようになると、多くの +12 V レール間で負荷のバランスを取る必要性が不便であることがわかりました。コネクタをレールに割り当てるのは製造時に行われるため、特定の負荷を別のレールに移動したり、デバイス間で電流の割り当てを管理したりすることが常に可能とは限りません。
電流制限回路を追加する代わりに、多くのメーカーは要件を無視して、 レールあたりの電流制限を20A以上に引き上げるか、電流制限回路を省略した「シングルレール」電源を提供することを選択しました。（場合によっては、電流制限回路が含まれているという自社の広告の主張に違反していました。[ 10 ]）上記の規格のため、ほとんどすべての高出力電源は独立したレールを実装していると主張していましたが、この主張はしばしば虚偽でした。多くのメーカーは、コスト上の理由と顧客にとって不便であるという理由の両方から、必要な電流制限回路を省略していました。[ 11 ] [ 12 ]（その欠如は、「レール融合」や「電流共有」といった名称で機能として宣伝されることもありましたし、現在もあります。）
その結果、この要件は撤回されましたが、この問題は電源ユニットの設計に影響を与え、シングルレール設計とマルチレール設計に分類されます。どちらの設計にも電流制限コントローラが搭載されている場合が多くあります。ATX 2.31以降、シングルレール設計の出力電流は任意の出力ケーブルの組み合わせで供給でき、その負荷の管理と安全な割り当てはユーザーに委ねられています。マルチレール設計も同様ですが、各コネクタ（またはコネクタのグループ）に供給される電流を制限し、その制限値はATX規格で定められているのではなく、メーカーの選択によって決まります。
2011年以降、富士通やその他のティア1メーカー[ 13 ]は、通常250～ 300Wの 定格を持つカスタムメイドの電源ユニットから12Vの電源のみを必要とするマザーボードバリアントを含むシステムを製造している。5Vと3.3Vを供給するDC-DC変換は、電圧レギュレータモジュールを使用してマザーボード上で行われる。[ 14 ] Googleは、2003年頃からサーバー群で12V専用の電源ユニットを使用していることを明らかにしている。 [ 14 ]
この電源供給方式を採用する理由としては、クロスロードの問題を解消し、空気の流れや冷却に影響を与える可能性のある内部配線を簡素化・削減し、コストを削減し、電源効率を高め、電源ファン速度をマザーボードで制御することで騒音を低減できることが挙げられます。
At least two of Dell's business PCs introduced in 2013, the OptiPlex 9020 and Precision T1700, ship with 12 V–only power supplies and implement 5 V and 3.3 V conversion exclusively on the motherboard. Afterwards, Lenovo ThinkCentre M93P adopted 12 V–only PSU and performs 5 V and 3.3 V conversion exclusively on the IS8XM motherboard.
In 2019, Intel released a new standard based on an all-12V design: ATX12VO. The power supply only provides 12 V voltage output;[15] 5 V, 3.3 V powers, as needed by USB, hard disk drive and other devices, are transformed on the motherboard; and the ATX motherboard connector is reduced from 24-pin to 10-pin. Called ATX12VO, it is not expected to replace current standards but to exist alongside it.[16] At CES 2020, FSP Group showed the first prototype based on the new ATX12VO standard.
According to the Single Rail Power Supply ATX12VO design guide officially published by Intel in May 2020, the guide listed the details of 12V-only design and the major benefit which included higher efficiency and lower electrical interruption.[17]
The overall power draw on a PSU is limited by the fact that all of the supply rails come through one transformer and any of its primary side circuitry, like switching components. Total power requirements for a personal computer may range from 250 W to more than 1000 W for a high-performance computer with multiple graphics cards. Personal computers without especially high performing CPUs or graphics cards for the 2000s usually require 300 to 500 W.[12]
Power supplies are designed around 40% greater than the calculated system power consumption. This protects against system performance degradation, and against power supply overloading. Power supplies label their total ratedpower output, and label how this is determined by the electric current limits for each of the voltages supplied. Some power supplies have no overload protection, though current ATX and ATX12VO power specifications both require one to be present.
システムの消費電力は、電源ユニットから電力を消費するコンピュータシステムのすべてのコンポーネントの定格電力の合計です。一部のグラフィックカード（特に複数枚の場合）や多数のハードドライブは、電源 ユニットの12Vラインに非常に大きな負荷をかける可能性があり、これらの負荷に対しては電源ユニットの12V 定格が重要になります。 電源ユニットの12V定格は、これらのデバイスが必要とする電流よりも高くなければならず、そうすることで、他の12Vシステムコンポーネントも考慮に入れた場合でも、電源ユニットがシステム全体に十分な電力を供給できます 。これらのコンピュータシステムコンポーネント、特にグラフィックカードのメーカーは、電源容量不足によるサポート上の問題を最小限に抑えるため、電力要件を過大に見積もる傾向があります。
CPU や GPU の場合、最も容易にアクセスできる電力定格は熱設計電力(TDP) です。ただし、TDP は熱設計で使用される値であり、ヒートシンクによって熱放出のピークを平滑化しますが、電源ユニット (PSU) 内のコンデンサには同様の平滑化能力はありません。[ 18 ]その結果、理論的には TDP の合計に適合する PSU であっても、高負荷時に過負荷保護 (過電流保護、OCP および過電力保護、OPP) が作動し、システムの再起動またはシャットダウンを引き起こす可能性があります。[ 19 ]
スパイク状の電力消費の非常に一般的な例は、フレーム制限のあるゲームで、各フレームがCPU、次にGPUの電力消費のスパイクに関連付けられています。この問題は、スケジューリングによってCPUとGPUの電力消費のピークが重ならないようにできるため、ゲーム機では軽減されます。現在のPCにはこの機能はありません。[ 19 ]
2010年代のCPUのピーク電力消費量は、TDPの1.5倍とよく言われます。 [ 18 ] Intel Turbo Boostなどの「動的オーバークロック」機能の使用により、TDPの意味に曖昧さが生じていますが、PL2（Intel）やPPT/TDC（AMD）などの追加の電力制限設定は、真の熱電力制限をより正確に推定するために引き続き利用可能であり、PL4とEDCは真のピーク電力制限に使用できます。[ 19 ]
GPU はさらに劇的な消費電力の急増を示します。TDP 215 Wの Nvidia RTX 2070 Super は 、フレーム制限のあるゲームで 430 W のピーク消費電力を生成します。さらに、2 つの主要な GPU ベンダー (Nvidia と AMD) は、Nvidia が内部仕様に「入力 EDP ピーク」情報を持っていることが知られているにもかかわらず、エンド ユーザーにピーク消費電力データを提供していません。代わりに、メーカーは、仮想システム全体を含む評価である、各 GPU モデルに対する不透明な「PSU 推奨」を提供します。ピーク電力は、高速オシロスコープと電流プローブを必要とするサードパーティの測定を通じてのみエンド ユーザーがアクセスできます。[ 19 ] [ 20 ]
この問題は、ピーク電力消費を満たすより定格の高い電源ユニットを購入することで解決できますが、より良い解決策は、過敏な OCP と OPP を避けることで、このスパイク負荷に耐えられるように電源ユニットを設計することです。これは、2020 年の電源ユニットのほとんどが陥っている方向です。[ 19 ] 2018 年の電源ユニットでは、2 ミリ秒未満のピークはほぼ無視できるようです。[ 21 ] 2019 年現在、保護回路からの余剰容量の量はまだ標準化されておらず、消費者向け電源ユニットでは報告されておらず、今のところ第三者によるレビューが必要です。[ 22 ] CRPS などのサーバー電源規格では、余剰容量の最小量が定義されています。[ 23 ]
ATX 3.0 (2022) 以降、 PCIe CEM 5.0 への追加エンジニアリング変更通知 (ECN) により、PCIe 電源コネクタの電力変動(規定の最大 (持続) 許容電力を超える短時間のピーク負荷) に対応できる電源ユニット (PSU) の基本要件があります。外部コネクタの場合、ATX 3.0 PSU は、最大持続電力の 3 倍の電力を 100 マイクロ秒間処理でき、 1 秒のウィンドウでは 1倍に低下する必要があります。ATX 3.1 で使用されるすべてのアドイン カード電源コネクタには、より広範な変更が PCIe CEM 5.1 に組み込まれています。この変更では、100 μ秒にわたって PCIe スロット電源の電力変動を 2.5倍と定義しています。[ 24 ]
+12V電源は、+12V1、+12V2、+12V3、+12V4などと表記された複数の独立したレールに分割できます。各レールは個別に過負荷になる可能性があります。
2 つのレールがダウンレギュレーションによって電力を共有する場合、12 V レールまたは 5 V レールのいずれかが、電源の合計定格よりもはるかに 低い電圧で過負荷になることもあります。多くの電源は、 5 V レールをダウンレギュレーションして 3.3 V 出力を生成する か、 12 V レールをダウンレギュレーションして 5 V 出力を生成します 。関係する 2 つのレールは、電源に合計電流制限とともにラベル付けされています。たとえば、5V と3.3 V レールは、合計電流制限値で定格されています。潜在的な問題の説明として、3.3 V レール単体では 10 A の定格値を持つ場合があります( 33 W ）、5 V レールには20 A 評価（単体では100 W ですが、2 つを合わせても 110 W しか出力できない可能性があります。 この場合、3.3 V レールを最大 (33 W) まで負荷すると、5 V レールは 77 W しか出力できなくなります。
コンピュータ電源の効率を向上させるための様々な取り組みが存在します。クライメート・セーバーズ・コンピューティング・イニシアティブは、より効率的な電源の開発と使用を促進することで、省エネルギーと温室効果ガス排出量の削減を推進しています。80 Plusは、電源のさまざまな効率レベルを認証し、財政的インセンティブを通じてその使用を奨励しています。効率的な電源は、電力の無駄を減らすことでコスト削減にもつながります。結果として、同じコンピュータを稼働させるのに必要な電力が少なくなり、廃熱も少なくなるため、夏場のセントラル空調のエネルギー消費を大幅に削減できます。効率的な電源を使用することによるメリットは、消費電力の多いコンピュータほど顕著です。
必要以上の定格電力を持つ電源は過負荷に対する安全マージンが高くなりますが、そのような電源は、より適切なサイズの電源よりも効率が悪く、低負荷時に多くの電力を無駄にすることがよくあります。たとえば、80 Plus Silver効率定格（180Wを超える負荷に対して少なくとも85%の効率で設計されていることを意味します ）を持つ900Wの電源は、デスクトップコンピュータの一般的なアイドル電力である100W未満の負荷では 、効率が73%にしかならない場合があります。したがって、100Wの 負荷の場合、この電源の損失は27Wになります 。同じ電源を450Wの 負荷にかけた場合、電源の効率は89%でピークに達するため、有効電力の4.5倍を供給しているにもかかわらず、損失はわずか56Wになります 。[ 27 ] [ 28 ]比較のために、80 Plus Bronze効率定格 (このような電源は 100 W を超える負荷に対して少なくとも 82% の効率となるように設計されていることを意味します) を持つ 500 ワットの電源は、 100 W の負荷に対して 84% の効率を提供し 、わずか 19 W の損失しか発生しません。 [ 29 ] 80 Plus Gold、80 Plus Platinum、80 Plus Titanium などの他の定格もそれぞれ同じ定格を提供します。80 Plus Gold は 100% 負荷で 87% の効率を提供し、80 Plus Platinum は 90% の効率を提供し、80 Plus Titanium は 115 V で 50% 負荷で 94%、230 V で 50% 負荷で 95.4% という最高の効率を提供します。[ 30 ] [ 31 ]
2005年のテストでは、コンピュータの電源の効率は一般的に約70～80%であることが明らかになりました。[ 32 ] 75%の効率の電源が75W のDC出力を生成するには、100WのAC入力が必要で 、残りの25Wは 熱として放散されます。高品質の電源は80%以上の効率を持つことができ、その結果、エネルギー効率の高い電源は熱として無駄になるエネルギーが少なく、冷却に必要な空気の流れも少なく、結果として静かに動作します。
2012年現在、一部のハイエンドの消費者向け電源ユニットは最適な負荷レベルで90%を超える効率を実現できますが、高負荷時や低負荷時には87～89%の効率に低下します。Googleのサーバー電源は90%以上の効率を実現しています。[ 14 ] HPのサーバー電源は94%の効率を達成しています。[ 33 ] 2010年現在、サーバーワークステーション向けに販売されている標準的な電源ユニットの効率は約90%です。
電源のエネルギー効率は、負荷が低いときに著しく低下します。そのため、電源の容量をコンピュータの電力需要に合わせることが重要です。効率は一般的に負荷が約50～75%のときに最大になります。この曲線はモデルによって異なります（この曲線の例は、Wayback Machineに2010年8月28日にアーカイブされた80 Plusウェブサイト にあるエネルギー効率の高いモデルのテストレポートで確認できます）。
ほとんどのデスクトップパソコンの電源は四角い金属製の箱で、片方の端から大きな配線束が出ています。配線束の反対側には電源の背面があり、通気口と交流電源を供給するためのIEC 60320 C14コネクタがあります。電源スイッチや電圧セレクタスイッチがある場合もあります。従来は、電源はコンピュータケースの上部に取り付けられ、2 つのファンがありました。1 つはケース内部にあり、電源に向かって空気を吸い込み、もう 1 つは電源から外部に空気を排出します。多くの電源はケース内部に大きなファンが 1 つあり、ケースの下部に取り付けられています。ファンは常にオンになっている場合もあれば、オンになって負荷に応じて速度が変化する場合もあります。ファンがない電源もあり、その場合は受動的に冷却されます。[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]
箱の片面に貼られたラベルには、安全認証や最大出力電力など、電源に関する技術情報が記載されています。安全に関する一般的な認証マークには、 ULマーク、GSマーク、TÜV、NEMKO、SEMKO、DEMKO、FIMKO、CCC、CSA、VDE、GOST Rマーク、BSMIなどがあります。EMI /RFIに関する一般的な認証マークには、 CEマーク、FCC 、C-tickなどがあります。CEマークは、ヨーロッパとインドで販売される電源に必須です。RoHSや80 Plusのマークが表示されている場合もあります。
ATX電源の寸法は、 幅150mm、 高さ86mm、 奥行きは通常140mmですが、奥行きはメーカーによって異なる場合があります。
電源ユニットの中には、スリーブ付きケーブルが付属しているものがあり、見た目が美しいだけでなく、配線が容易になり、空気の流れへの悪影響も軽減されます。
一般的に、電源装置には以下のコネクタが備えられています（特に明記されていない限り、すべてMolex (USA) Inc Mini-Fit Jrです）。
これらのコネクタは、 PCI Express（PCIe）スロットからの電力供給が不十分なPCIeカードに追加の電力を供給するために使用されます。一般的には、PCIeグラフィックカードで使用されます。高出力カードには、複数のコネクタ用のソケットが備わっている場合があります。
モジュラー電源は着脱可能なケーブルシステムを備えており、追加のコネクタによって生じるわずかな電気抵抗の増加を犠牲にして、使用しない接続を取り外すことができます。[ 74 ] これにより、配線がごちゃごちゃしなくなり、ぶら下がったケーブルが他のコンポーネントに干渉するリスクがなくなり、ケース内のエアフローが改善されます。多くのセミモジュラー電源には、ATXマザーボードや8ピンEPSなどのコネクタが付いた固定式のマルチワイヤケーブルが端にありますが、「フルモジュラー」として販売されている新しい電源では、これらも取り外すことができます。着脱可能なケーブルのピン割り当ては、出力側のみで標準化されており、電源に接続する側では標準化されていません。したがって、モジュラー電源のケーブルは、この特定のモジュラー電源モデルでのみ使用する必要があります。ケーブルが一見互換性があるように見えても、別のモジュラー電源で使用すると、ピン割り当てが間違っており、5Vまたは3.3Vのピンに12Vが供給されて接続されたコンポーネントが損傷する可能性があります。[ 75 ]
12 V コネクタ付き小型フォームファクタ(SFX12V) 構成は、 microATXなどの小型フォームファクタ (SFF) システムレイアウト向けに最適化されています。電源の薄型設計により、これらのシステムに簡単に収まります。SFX-L 構成は SFX12V のマイナー バリエーションで、許容奥行きを 30% 増加させただけです (通常の ATX12V の最大奥行きより 1 cm 浅くなります)。[ 36 ]
12 V コネクタを備えた薄型フォームファクタ (TFX12V) 構成は、小型で薄型のMini ITXおよびMini DTXシステムレイアウト向けに最適化されています。電源の細長い形状は、薄型システムに簡単に収まります。冷却ファンの配置により、プロセッサとマザーボードのコア領域から効率的に空気を排出できるため、一般的な業界コンポーネントを使用して、より小型で効率的なシステムを実現できます。[ 76 ]
ほとんどのポータブルコンピュータには、25～200Wの電源が搭載されています。ノートパソコン などのポータブルコンピュータには、通常、外部電源（サイズ、形状、重量が実際のレンガに似ていることから「電源ブリック」と呼ばれることもあります）があり、交流電源を直流電圧（最も一般的なのは19V ）に変換します。さらに、ノートパソコン内部でDC-DC変換が行われ、ポータブルコンピュータの他のコンポーネントが必要とするさまざまな直流電圧が供給されます。
外部電源は、自身のデータ（電力、電流、電圧定格）をコンピュータに送信することができます。たとえば、純正のDell電源は1-Wireプロトコルを使用して、3本目のワイヤを介してラップトップにデータを送信します。ラップトップは、適合しないアダプタを拒否します。[ 78 ]
ラックマウントサーバーは、エッジコネクタ（「スロット」）接続に基づく冗長電源を採用している場合があり、システムをシャットダウンすることなく電源ユニットを挿入または取り外すことができます。ほとんどのシステムでは、2つの異なる外部電源から供給される2つの電源ユニットを使用します。2つの電源ユニットは負荷を分担することも、一方をスタンバイ状態にしてもう一方がDC電力の大部分を生成するようにすることも可能です。
以前は冗長電源ユニットの標準規格はなく、メーカーごとに独自の規格が指定されていました。たとえば、ヒューレット・パッカードやファーウェイのサーバーで使用されている共通スロット電源（CSPS）などです。2012 年より少し前に、[ 79 ]インテルは共通冗長電源（CRPS）規格を定義し、他の電源ユニットおよびサーバーハードウェアメーカーと共有しました。インテルは後にこの規格を Open Compute Project に Modular Hardware System - Common Redundant Power Supply (M-CRPS) 基本仕様として提供し、2022 年にバージョン 0.70 としてCC BYライセンスの下で初めて公開しました。[ 23 ]
M-CRPS バージョン 1.05.00 RC5 に準拠した PSU は、「Legacy CRPS」を使用するシステムとの下位互換性があります。[ 23 ]「Legacy CRPS」 PSU は、物理的なキーイング (前方互換性なし) のため、M-CRPS システムには挿入できません。 (1) 負荷バランスを妨げる異なる電圧設定値 (2) A0 および A1 ピンのプルアップ抵抗が強すぎるため、互換性がありません。[ 80 ]
寿命は通常、平均故障間隔（MTBF）で規定され、MTBF値が高いほどデバイスの寿命が長く、信頼性が高いことを示します。最大定格よりも低い値で高品質の電気部品を使用したり、冷却を改善したりすることで、ストレスや動作温度が低くなり、部品の故障率が低下するため、MTBF値が高くなる可能性があります。[ 81 ]
25 ℃、全負荷時におけるMTBF値10万 時間（約140ヶ月）は、かなり一般的です。 [ 82 ]このような定格では、上記の条件下で、電源ユニットの77%が3年間（36ヶ月）故障なく動作することが期待されます。つまり、ユニットの23%は3年以内に故障すると予想されます。同じ例で、ユニットのわずか37%（半分以下）だけが10万時間故障せずに動作すると予想されます。[ a ]予測信頼性R(t)を計算する式は次のとおりです。
ここで、tは MTBF 仕様と同じ時間単位での動作時間、eは2.71828 にほぼ等しい数学定数、 t MTBF は製造元によって指定された MTBF 値です。[ 83 ] [ 84 ]
サーバー、産業用制御機器、または信頼性が重要なその他の場所の電源装置は、ホットスワップ可能で、N + 1冗長性と無停電電源装置を組み込んでいる場合があります。負荷要件を満たすためにN個の電源装置が必要な場合、冗長性を提供し、故障した電源装置をダウンタイムなしで交換できるようにするために、1つ余分に設置されます。[ 85 ]
「電源テスター」は、コンピュータの電源の機能をテストするために使用されるツールです。テスターは、各電源コネクタに正しい電圧が存在することを確認できます。最も正確な測定値を得るには、負荷をかけた状態でテストすることをお勧めします。[ 88 ]
電源ユニットの電圧は、ほとんどの最新のマザーボードのシステムモニタで監視できます。[ 90 ]これは多くの場合、 BIOS 内のセクションから実行できます。または、オペレーティングシステムが実行中の場合は、Linuxのlm_sensors、NetBSDのenvstat 、 OpenBSDおよびDragonFly BSDのsysctl hw.sensors、またはWindows のSpeedFanなどのシステムモニタソフトウェアを使用して実行できます。
ほとんどの電源ユニットのファンはマザーボード上の速度センサーに接続されていないため監視できませんが、一部のハイエンド電源ユニットはデジタル制御と監視機能を備えており、そのためにはマザーボード上のファン速度センサーまたはUSBポートへの接続が必要です。
汎用
500W電源は
275Wを引き出そうとしたときに故障したので、抽出できた最大電力は250Wで
、
表示値の半分でした。
箱の前面には「+12V 用トリプルレール」と書かれており、その後「Intel ATX 12V バージョン 2.0 & EPS 12V バージョン 2.1」と続きます。調査の結果、上記の電源はパッケージに記載されているように ATX12V または EPS12V 規格を満たしていないことが判明しました。
PC 電源のレモン市場は、無名の汎用「500W」電源が実際には 250 ワットすら供給できないほどひどくなっている
。これらのユニットの現実的な定格は 200
ワット程度である。そのため、容量インフレ係数は 2.5 に達し、まだ上昇している。
{{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)バージョン2.0電源規格[...]およびメイン電源コネクタは20ピンから24ピンに拡張されました
マザーボード上の専用 12V CPU コネクタは、8 ピン (2x4) コネクタ 1 つ、または 4 ピン (2x2) コネクタ 1 つまたは 2 つのいずれかで、セクション +12 V 電源コネクタで詳しく説明されています。これらは、EPS12V
コネクタ
と呼ばれることがよくあります。
表3にATX12V電源コネクタ情報を追加。
表 5-8: +12 V 電源 4 ピン コネクタのピン配置
表 5-9: +12 V 電源 8 ピン コネクタのピン配置
図26-2に示す周辺コネクタは、技術者の間ではしばしばモレックスコネクタと呼ば
れ
て
い
ます。
フロッピードライブコネクタ
図26-3に示すフロッピードライブコネクタは、しばしば
バーグ
コネクタ
と呼ばれます。
バージョン2.01からバージョン2.02への変更点[...] セクション4.2.1 - 補助電源コネクタを定義する新しいセクションを追加
デザイン ガイド バージョン 2.0
以降
に準拠するように設計された電源を使用する場合は、この推奨事項は削除されています。