電源ユニット（コンピュータ）

電源ユニット（PSU ）は、デスクトップコンピュータの内部コンポーネント用の低電圧安定化DC電源に主電源ACを変換します。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モード電源を使用しています。一部の電源には入力電圧を選択するための手動スイッチがあり、他の電源には主電圧に自動的に適応します 。

最新のデスクトップ パソコンの電源のほとんどは、フォーム ファクタと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) 電源を供給するため、コンピューターのスタンバイ機能と特定の周辺機器に電力が供給されます。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送信し、コンピューターを安全に電源投入して起動できるようにします。最新の ATX PSU 規格は、2024 年半ば時点でバージョン 3.0 です。

デスクトップ コンピュータの電源は、壁のコンセントから供給される交流(AC) を低電圧の直流(DC) に変換し、マザーボード、プロセッサ、周辺機器を動作させます。コンピュータを安定して動作させるには、複数の直流電圧が必要であり、それらをある程度正確に調整する必要があります。電源レールまたは電圧レールは、PSU によって供給される単一の電圧を指します。^[1]

一部の PSU はスタンバイ電圧も供給できるため、休止状態または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、イベントによって電源を再びオンにすることができます。スタンバイ電源により、Wake-on-LANおよび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コンピュータを起動したりできます。このスタンバイ電圧は、ユニット内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一部のコンポーネントをメイン ユニットと共有します。

第一世代のマイクロコンピュータおよびホームコンピュータの電源ユニットは、1977年に発表されたコモドールPETなどで使用されているような、重い降圧トランスとリニア電源を使用していました。同じく1977年に発表された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モード電源で注目されました。スイッチングモード電源は、フェライトコアの高周波トランスと、1秒間に数千回スイッチングするパワートランジスタを使用します。トランジスタのスイッチング時間を調整することにより、リニアレギュレータでエネルギーを熱として消費することなく、出力電圧を厳密に制御できます。経済的な価格で高出力で高電圧のトランジスタが開発されたことで、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モード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現実的になりました。アタリのエンジニアであるロッド・ホルトによるApple IIの設計は特許を取得しました^{[2] [3]}。現在、すべての最新のコンピューターは、同等のリニア電源よりも軽量で、コストが低く、効率の高いスイッチングモード電源を使用しています。

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、および過熱保護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、ユーザーはこれを使用してユニットをローカル電力網で使用するように構成できました。Delonの回路設計では、115 V 前後の低電圧範囲ではこのスイッチがオンになり、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プライマリフィルター コンデンサが 2 つのコンデンサに分割され、直列に接続され、 230 V 前後の高入力電圧範囲で必要なブリーダー抵抗器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グリッドに接続すると、通常、すぐに恒久的な損傷が発生します。力率補正(PFC) が必要な場合は、これらのフィルター コンデンサを容量の大きいコンデンサに交換し、突入電流を遅らせるために直列にコイルを設置しました。これがパッシブ PFC のシンプルな設計です。

アクティブ PFC はより複雑で、最大 99% までの高い PF を達成できます。最初のアクティブ PFC 回路は突入電流を遅らせるだけでした。新しい回路は入力および出力条件制御の昇圧コンバータとして動作し、通常 80 ～ 240 V の広範囲の入力ソースから単一の 400 V フィルタ コンデンサに電圧を供給します。新しい PFC 回路は、以前はヒューズの隣にあった高価な部品である NTCベースの突入電流リミッターも置き換えます。

最初のIBM PC電源ユニット (PSU) は、+5  Vと +12 V の 2 つの主電圧を供給しました。他に -5 V と -12 V の 2 つの電圧も供給しましたが、電力量は限られていました。当時の ほとんどのマイクロチップは5 V 電源で動作していました。これらの PSU が供給できる 63.5 Wのうち、ほとんどがこの +5 V レールで供給されていました。

+12 V 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動作させるために使用されました。周辺機器が追加されるにつれて、12 V レールに供給される電力も増加しました。ただし、電力の大部分はチップによって消費されるため、5 V レールが依然としてほとんどの電力を供給していました。-12 V レールは、主にRS-232シリアル ポートに負の供給電圧を供給するために使用されました。-5 V レールは ISA バスの周辺機器 (サウンドカードなど) 用に提供されましたが、オリジナルの 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。

「Power Good」と呼ばれる追加のワイヤは、電源投入後の最初の数ミリ秒間にデジタル回路の動作を防止するために使用されます。この間、出力電圧と電流は上昇しますが、適切なデバイス動作にはまだ十分または安定していません。出力電力が使用可能になると、Power Good 信号はデジタル回路に動作を開始できることを伝えます。

PC (モデル 5150)、XT、およびAT用のオリジナルの IBM 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電源スイッチが含まれていました。タワーケースに見られる一般的なバリエーションでは、ライン電圧スイッチは短いケーブルで電源装置に接続されており、電源装置から離して取り付けることができました。

初期のマイクロコンピュータ電源は、機械的なライン電圧スイッチによって完全にオンまたはオフに制御されており、エネルギーを節約する低電力アイドル 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、通常、スタンバイや「ソフト オフ」などの省電力モード、またはスケジュールされた電源オン制御に対応していませんでした。

常時オンの設計のため、短絡が発生した場合、ヒューズが飛ぶか、スイッチング モード電源が繰り返し電源を切断し、しばらく待機してから再起動を試みます。一部の電源では、繰り返し再起動すると、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標準電源コネクタを開発したとき(1995 年に発表)、1994 年のIntel 80486DX4マイクロプロセッサを皮切りに、3.3 V で動作するマイクロチップが普及し始めており、ATX 標準では +3.3 V、+5 V、+12 V の 3 つの正のレールを供給していました。3.3 V を必要とする以前のコンピュータでは、通常、+5 V レールに接続された単純だが非効率的なリニア レギュレータから 3.3 V を供給していました。

ATX コネクタは、3.3 V 電源用に複数のワイヤと電源接続を提供します。これは、電源接続での電圧降下の影響を最も受けやすいためです。ATX のもう 1 つの追加機能は、コンピューターが名目上「オフ」の場合でも 少量のスタンバイ電源を供給するための +5 V 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、+5 V 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 スタイルのシステムでは、フロント パネルの電源スイッチは電源に制御信号のみを提供し、主電源の AC 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、他のコンピューター ハードウェアまたはソフトウェアがシステムの電源をオン/オフにすることができます。

ATX 電源は、以前の形式と同じ寸法 (150 × 86 mm (5.9 × 3.4 インチ)) と同じ取り付けレイアウト (ユニットの背面に 4 本のネジが配置) を共有しているため、特定の PSU が特定のケースに対して長すぎない限り、AT ケースが ATX PSU 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 (または、ケースが AT PSU に必要な電源スイッチをホスト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さくなるにつれて、より低い電源電圧で動作させることが望ましくなり、最も高密度のチップである中央処理装置では、最も低い電源電圧が求められることがよくあります。Pentium およびそれ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、特別な電源である電圧レギュレータ モジュールがマザーボードに組み込まれるようになりました。新しいプロセッサでは、2 V 以下で最大 100 A が必要になり、これをオフボード電源から供給するのは非現実的です。

当初、これはメインの +5 V 電源によって供給されていましたが、電力需要が増加するにつれて、十分な電力を供給するために必要な高電流が問題になりました。5 V 電源での電力損失を減らすために、 Intel はPentium 4マイクロプロセッサの導入に伴い、プロセッサ電源を +12 V 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 標準に別の 4 ピン P4 コネクタを追加しました。

現代の高性能グラフィック処理ユニットも同じことを行い、その結果、現代のパソコンの電力要件のほとんどが +12 V レール上にあります。高性能 GPU が初めて導入されたとき、一般的な ATX 電源は「5 V 重視」で、出力の 50～60% しか 12 V 電力の形で供給できませんでした。そのため、GPU メーカーは、200～250 W の 12 V 電力 (ピーク負荷、CPU+GPU) を確保するために、500～600 W 以上の電源を推奨しました。より現代的な ATX 電源は、+12 V 電力の形で、その総定格容量のほぼすべて (通常は 80～90%) を供給できます。

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、+12 V 電源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がほとんどいないことを承知の上で、この過剰仕様を利用して非現実的なほど高い電源定格を割り当てることがあります。^[4]

+3.3 V および +5 V レールの電圧供給が制限要因になることはほとんどありません。一般に、十分な +12 V 定格の電源であれば、より低い電圧でも十分な容量があります。^{[引用が必要]}ただし、ほとんどのハード ドライブまたはPCI カードは、 +5 V レールに大きな負荷をかけます^{[引用が必要]}。

マザーボード上の古いCPU とロジック デバイスは^{、5 V 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ーの電源は、5 V 出力を正確に調整し、両方のレールの負荷率に応じて指定された電圧ウィンドウで 12 V レールを供給します。+12 V 電源は、}コンピューターのファンモーター、ディスク ドライブ モーター、シリアル インターフェイス (-12 V 電源も使用) に使用されました。12 V のさらなる用途は、サウンド カードでリニア チップオーディオ パワー アンプを使用することで、カード上の9 Vリニア レギュレーターでフィルター処理してモーターの ノイズをカットすることもありました。

一部のi386バリアント CPU は 3.3 V や 3.45 V などの低い動作電圧を使用するため、 ^{[引用が必要]}マザーボードには 5 V レール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。ジャンパーまたはディップ スイッチで、インストールされている CPU の仕様に合わせて出力電圧を設定します。新しい CPU でより高い電流が必要になったため、効率を上げるために、降圧コンバータなどのスイッチング モード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、PSU には 3.3 V の出力電圧レールが必要とされていました。まれに、リニア レギュレータがこれらを生成し、5 V から供給して、電圧降下と電流の積を熱に変換していました。その後^[いつ]、レギュレータが 3.3、5、12 V レールをすべて管理するようになりました。

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、トランジスタ数の増加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ました。レギュレーションの電力消費を削減するため (したがって、熱的に実現可能)、これらのレギュレータはスイッチング モード電源設計になっています^[要出典]。伝導損失を抑えるには、同じ電力を高電流の +5V レールではなく、低電流の高電圧 +12V レールで送ることが望ましいです。したがって、Pentium 時代の電源は、これらのレールで最大の電流容量を持つ傾向があります。

エントリーレベル電源仕様(EPS) は、高電力消費のコンピュータやエントリーレベル サーバー向けの電源ユニットです。サーバー標準に取り組む Intel、Dell、Hewlett-Packard などの企業グループである Server System Infrastructure (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 ファクタの派生です。最新の仕様は v2.93 です。

EPS 規格は、クリティカルなサーバーベースのシステムおよび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、より電力を消費するボード用に 2 つの追加の 4 ピン 12 V コネクタも指定されています (700～800 W の PSU では 1 つ、850 W 以上の PSU では両方必要)。EPS 電源は、原則として、家庭やオフィスにある標準の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) がソケットから突き出ている場合、機械的な問題が発生する可能性があります。^[5]多くの PSU 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から外せるコネクタを使用しています。ATX PSU 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。

電源容量が増加するにつれて、ATX電源規格は（バージョン2.0 ^[6]から）次のように改正されました。

3.2.4. 電力制限/危険なエネルギーレベル
UL 1950 / CSA 950 / EN 60950 / IEC 950 の要件に従い、通常または過負荷状態では、出力短絡を含むあらゆる負荷条件下で 240 VA を超える出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 ^[7]

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^[8]、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まれました。

この規則は、出力線 1 本あたりに流せる電流の安全限度を設定することを目的としていました。十分な大電流が流れると、ショートが発生した場合に重大な損傷を引き起こしたり、故障時に配線やその絶縁体が溶けたり、火災が発生したり、他のコンポーネントが損傷したりするおそれがあります。この規則では、各出力を 20 アンペア未満に制限し、一般的な電源では 18 A の供給を保証しています。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 本以上のケーブルを介し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、過剰な電流が発生すると電源をシャットダウンします。ヒューズやブレーカーとは異なり、これらの制限は過負荷が除去されるとすぐにリセットされます。通常、電源は 12 V で少なくとも 17 A を保証するために、18.5 A ± 8%の電流制限を備えています。したがって、少なくとも 17 A を供給することが保証され、20 A に達する前に遮断されることが保証されます。ケーブルの各グループの電流制限が文書化されるため、ユーザーは同じグループに高電流負荷を過度に配置することを避けることができます。

もともと ATX 2.0 の時点では、「複数の +12 V レール」を備えた電源装置は、20 A を超える +12 V 電力を供給できることを意味し、良いことだと考えられていました。しかし、特にハイエンド PSU が約 2000 W まで、または 12 V で 150 A 以上 (以前の 240 または 500 W と比較して) のはるかに大きな電流を供給し始めたため、多くの +12 V レール間で負荷をバランスさせる必要があることが不便であると人々は感じました。レールへのコネクタの割り当てが製造時に行われると、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であるとは限りません。

多くのメーカーは、電流制限回路を追加する代わりに、この要件を無視してレールあたりの電流制限を 20 A 以上に増やすか、電流制限回路を省略した「シングルレール」電源を提供しました (場合によっては、電流制限回路を含めるという自社の宣伝文句に違反しています。^[9] )。上記の規格のため、ほぼすべての高出力電源は個別の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誤りでした。多くのメーカーは、コスト上の理由と、それが顧客を苛立たせるという理由の両方から、必要な電流制限回路を省略しました。^{[10] (}その欠如は、「レール フュージョン」や「電流共有」などの名称で機能として宣伝されたこともありました。)

その結果、この要件は撤回されましたが、この問題は PSU 設計に影響を及ぼし、シングルレール設計とマルチレール設計に分類できます。どちらも電流制限コントローラを含む場合があります (多くの場合、含まれています)。ATX 2.31 の時点では、シングルレール設計の出力電流は出力ケーブルの任意の組み合わせで引き出すことができ、その負荷の管理と安全な割り当てはユーザーに任されています。マルチレール設計でも同じですが、個々のコネクタ (またはコネクタのグループ) に供給される電流が制限され、課される制限は ATX 標準で設定されず、製造元が選択します。

2011年以来、富士通やその他のティア1メーカー^[12]は、通常250～300Wの定格の特注PSUからの12V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ます。5Vと3.3Vを提供するDC-DC変換はマザーボード上で行われます。HDDなどの他のデバイス用の5Vと12Vの電源は、PSU自体からではなくマザーボードで取得するという提案がありますが、2012年1月時点では完全に実装されていないようです^{[アップデート]}。

電源装置にこのアプローチを採用する理由は、クロスロードの問題が解消され、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が簡素化および削減され、コストが削減され、電源装置の効率が向上し、電源装置のファンの速度をマザーボードで制御することでノイズが低減されるからです。

2013 年に発表された Dell のビジネス PC のうち少なくとも 2 機種 ( OptiPlex 9020 とPrecision T1700) は、12 V のみの電源を搭載し、5 V と 3.3 V の変換をマザーボード上でのみ実行します。その後、Lenovo ThinkCentre M93P は 12 V のみの電源ユニットを採用し、5 V と 3.3 V の変換を IS8XM マザーボード上でのみ実行します。

2019年にIntelはオール12V設計に基づく新しい規格ATX12VOをリリースした。電源は12Vの電圧出力のみを提供し、^[13] USB、ハードディスクドライブ、その他のデバイスが必要とする5V、3.3Vの電源はマザーボード上で変換され、ATXマザーボードコネクタは24ピンから10ピンに削減された。ATX12VOと呼ばれるこの規格は、現在の規格に取って代わるものではなく、併存するものと予想される。^[14] CES 2020で、 FSPグループは新しいATX12VO規格に基づく最初のプロトタイプを披露した。

インテルが2020年5月に公式に公開したシングルレール電源ATX12VO設計ガイドによると、ガイドには12Vのみの設計の詳細と、効率の向上と電気的中断の低減を含む主な利点が記載されていました。^[15]

PSU の全体的な電力消費は、すべての電源レールが 1 つのトランスとその一次側回路 (スイッチングコンポーネントなど) を通過するため制限されます。パーソナル コンピューターの総電力要件は、複数のグラフィック カードを搭載した高性能コンピューターの場合は 250 W から 1000 W 以上になる場合があります。特に高性能な CPU やグラフィック カードを搭載していないパーソナル コンピューターでは、通常 300 ～ 500 W が必要です。^{[11]電源装置は、計算された}システム消費電力 よりも約 40% 大きく設計されています。これにより、システム パフォーマンスの低下や電源の過負荷が防止されます。電源装置には、総電力出力と、供給される各電圧の電流制限によってこれがどのように決定されるかがラベル付けされています。一部の電源装置には、過負荷保護機能がありません。

システムの電力消費は、電源を使用するコンピュータ システムのすべてのコンポーネントの電力定格の合計です。一部のグラフィック カード (特に複数のカード) やハード ドライブの大規模なグループは、PSU の 12 V 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、PSU の 12 V 定格が重要です。電源の合計 12 V 定格は、他の 12 V システム コンポーネントを考慮した場合に PSU がシステムに完全に対応できるように、そのようなデバイスに必要な電流よりも高くなければなりません。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、電源が低すぎることによるサポートの問題を最小限に抑えるために、電力要件を高く設定する傾向があります。

コンピュータ電源の効率を改善するさまざまな取り組みがあります。Climate Savers Computing Initiative は、より効率的な電源の開発と使用を奨励することで、省エネと温室効果ガス排出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定し、金銭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、無駄な電力を少なくすることでコストも節約します。その結果、同じコンピュータを動かすのに必要な電力が少なくなり、廃熱の放出も少なくなるため、夏場の中央空調のエネルギーを大幅に節約できます。効率的な電源を使用することによるメリットは、大量の電力を使用するコンピュータではさらに大きくなります。

必要以上の電力定格を持つ電源装置には過負荷に対する安全マージンが余分にありますが、そのような装置は効率が悪く、より適切なサイズの装置よりも低負荷時に多くの電力を浪費することがよくあります。たとえば、80 Plus Silver効率定格 (つまり、そのような電源装置は 180 W を超える負荷に対して少なくとも 85% の効率になるように設計されている) を持つ 900 ワットの電源装置は、負荷が 100 W (デスクトップ コンピューターの一般的なアイドル電力) 未満のときは 73% の効率しかありません。したがって、100 W の負荷の場合、この電源の損失は 27 W になります。同じ電源装置が 450 W の負荷にさらされると、電源の効率は最大 89% になり、有効電力の 4.5 倍を供給するにもかかわらず、損失は 56 W にとどまります。^{[16] [17]}比較すると、80 Plus Bronze効率定格（つまり、このような電源は100Wを超える負荷に対して少なくとも82%の効率になるように設計されている）の500ワット電源は、100Wの負荷に対して84%の効率を提供し、19Wしか無駄になりません。^[18] 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94%で最高の効率を提供します。[1] ^{[19] [20]}

メーカーが自己認証した電源は、実際に供給される出力の2倍以上の定格出力を主張することがあります。^{[21] [22]}この可能性をさらに複雑にするのは、ダウンレギュレーションによって電力を共有する2つのレールがある場合、12Vレールまたは5Vレールのいずれかが電源の総定格をはるかに下回る電圧で過負荷になることも起こることです。多くの電源は、5Vレールをダウンレギュレーションして3.3V出力を作成するか、12Vレールをダウンレギュレーションして5V出力を作成します。関係する2つのレールには、電源に合計電流制限がラベル付けされています。たとえば、5V と​3.3  Vレールは、合計電流制限で定格化されています。潜在的な問題の説明として、3.3 Vレールは単独で10 Aの定格を持つ場合があります（33  W）、5 Vレールには20  A定格（単体では100  W の出力が可能ですが、2 つを合わせても 110 W しか出力できない場合があります。この場合、3.3 V レールに最​​大 (33 W) の負荷をかけると、5 V レールは 77 W しか出力できなくなります。

2005年のテストでは、コンピューターの電源装置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。^[23] 75%の効率の電源装置が75WのDC出力を生成するには、100WのAC入力が必要になり、残りの25Wが熱として放散されます。高品質の電源装置は80%以上の効率を実現できます。その結果、エネルギー効率の高いPSUは熱によるエネルギーの浪費が少なくなり、冷却に必要な空気の流れが少なくなり、動作音が静かになります。

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していますが、高負荷または低負荷時には87～89%の効率に低下します。Googleのサーバー電源ユニットは90%以上の効率を誇ります。^[24] HPのサーバー電源ユニットは94%の効率に達しています。^[25] 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。

電源装置のエネルギー効率は、低負荷時に大幅に低下します。したがって、電源装置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。効率は通常、約 50～75% の負荷でピークに達します。曲線はモデルによって異なります (この曲線の例は、80 Plus Web サイト Archived 2010-08-28 at the Wayback Machine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)。

デスクトップ パソコンの電源装置のほとんどは四角い金属製の箱で、一端から大きな電線の束が出ています。電線の束の反対側には電源装置の背面があり、通気口とAC 電源を供給する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 スイッチが付いている場合もあります。歴史的には、電源装置はコンピュータ 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、電源装置に向かって空気を吸い込み、もう 1 つは電源装置から外部に空気を排出します。多くの電源装置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。ファンが付いていないものもあり、その場合は受動的に冷却されます。^{[28] [29] [30]}

箱の片側にあるラベルには、安全認証や最大出力など、電源に関する技術情報が記載されています。安全性に関する一般的な認証マークは、 UL マーク、GS マーク、TÜV、NEMKO、SEMKO、DEMKO、FIMKO、CCC、CSA、VDE、GOST Rマーク、BSMI です。EMI /RFIに関する一般的な認証マークは、 CE マーク、FCC 、C-tickです。ヨーロッパとインドで販売される電源には CE マークが必要です。RoHSまたは80 Plus が表示されている場合もあります。

ATX 電源装置の寸法は、幅 150 mm、高さ 86 mm、奥行きは通常 140 mm ですが、奥行きはブランドによって異なります。

一部の電源装置にはスリーブ ケーブルが付属しており、見た目が美しいだけでなく、配線が簡単になり、空気の流れへの悪影響も少なくなります。

通常、電源装置には次のコネクタがあります (特に明記しない限り、 すべてMolex (USA) Inc Mini-Fit Jr です)。

• ATX マザーボード電源コネクタ (通常P1と呼ばれます): これはマザーボードに接続して電源を供給するコネクタです。コネクタには 20 または 24 ピンがあります。ピンの 1 つはPS-ONワイヤに属します (通常緑色)。このコネクタはすべてのコネクタの中で最大です。古いAT電源では、このコネクタはP8とP9の 2 つに分割されていました。24 ピン コネクタ付きの電源は、20 ピン コネクタ付きのマザーボードで使用できます。マザーボードに 24 ピン コネクタがある場合、一部の電源には 2 つのコネクタ (1 つは 20 ピン、もう 1 つは 4 ピン、つまり20+4 ピン形式) が付属しており、これらを一緒に使用して 24 ピン コネクタを形成できます。
• 12V専用電源コネクタ（ラベルはP1ですが、ATX 20ピンまたは24ピンコネクタとは互換性がありません）：これは10ピンまたは16ピンのMolexコネクタで、共通リターン付きの3つまたは6つの12Vライン、'supply OK'信号、'PSU ON'信号、および12または11Vの補助電源をマザーボードに供給します。1つのピンは未使用のままです。^[31]
• 12Vのみのシステムモニタリング（P10）：これは、PSUファンとセンスリターンへの電源を供給する171822-8 AMPまたは同等のコネクタです。^[31]
• ATX12V 4 ピン電源コネクタ ( P4 電源コネクタとも呼ばれます)。プロセッサ専用の電源を供給するために、マザーボードに接続する 2 番目のコネクタ (24 ピン ATX マザーボード コネクタに加えて)。
• 4+4 ピン下位互換性のために、一部のコネクタはハイエンドのマザーボードやプロセッサ向けに設計されており、より多くの電力が必要になるため、EPS12V には 8 ピン コネクタが搭載されています。

• 

  4 ピン周辺電源コネクタ: これらは、コンピュータのさまざまなディスク ドライブに接続する、もう 1 つの小型コネクタです。ほとんどのコネクタには、黒 2 本、赤 1 本、黄色 1 本の計 4 本のワイヤがあります。米国の標準主電源配線の色分けとは異なり、各黒ワイヤはアース、赤ワイヤは +5 V、黄色ワイヤは +12 V です。場合によっては、 FireWire 800カードなどの PCI カードに追加の電力を供給するためにも使用されます。
• 4 ピン Molex (Japan) Ltd電源コネクタ (通常、ミニコネクタ、ミニ Molex、またはBerg コネクタと呼ばれます) : これは、3.5 インチフロッピー ドライブに電力を供給する最小のコネクタの 1 つです。場合によっては、 Accelerated Graphics Port (AGP) ビデオ カードの補助コネクタとして使用できます。ケーブル構成は、周辺機器コネクタに似ています。
• 補助電源コネクタ: 補助コネクタにはいくつかの種類があり、通常は 6 ピン形式で、必要に応じて追加の電力を供給するように設計されています。
• シリアル ATA電源コネクタ: SATA 電源プラグを使用するコンポーネント用の 15 ピン コネクタ。このコネクタは、ワイヤあたり 3 つのピンで 3 つの異なる電圧 (+3.3、+5、+12 V) で電力を供給します。1 つは、ホットプラグ設計のバックプレーンの容量性負荷をプリチャージするように設計されています。
• 6 ピン最近のコンピュータ電源装置には、PCI Expressグラフィック カードに一般的に使用される 6 ピン コネクタが含まれていますが、最新モデルの電源装置には新たに導入された 8 ピン コネクタが搭載されています。各 PCI Express 6 ピン コネクタは最大 75 W を出力できます。
• 6+2 ピン下位互換性のために、ハイエンドPCI Expressグラフィック カード用に設計された一部のコネクタには、この種類のピン構成が採用されています。これにより、6 ピン カードまたは 8 ピン カードのどちらも、同じシースに配線された 2 つの別個の接続モジュール (1 つは 6 ピン、もう 1 つは 2 ピン) を使用して接続できます。各 PCI Express 8 ピン コネクタは、最大 150 W を出力できます。
• 8 ピンハイエンド サーバーのPCI Expressカードに使用されます。注: アース ピンと電源ピンはP4 電源コネクタとして配置されています。{{what?}}
• PCI Expressグラフィック カード用の12 ピンでは、各 PCI Express 12 ピン コネクタは最大 648 W (12V、9A) を出力でき、2 つの 150 W 8 ピンをアダプタ ケーブル経由で組み合わせて 1 つの 648 W 12 ピンを形成できます。
• PCI Expressグラフィック カード用の16 ピン 12VHPWR コネクタ。各 PCI Express 16 ピン コネクタは最大 662 W (12V、9.2A) を出力でき、電源ピンは 12 本、コンタクト ピンは 4 本です。ATX 3.0 で導入されました。
• 適切なC13コードを備えたIEC 60320 C14コネクタを使用して、電源をローカル電力網に接続します。

モジュラー電源は取り外し可能なケーブル 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余分な電気抵抗を犠牲にして、使用されていない接続を取り外すことができます。^[32] これにより、乱雑さが軽減され、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、ケースの空気の流れを改善できます。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 などの端にコネクタが付いた固定マルチワイヤ ケーブルがありますが、「完全モジュラー」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。取り外し可能なケーブルのピン割り当ては、出力端でのみ標準化されており、電源に接続される端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。別のモジュラー電源で使用すると、一見互換性があるように見えるケーブルでも、ピン割り当てが間違っている可能性があり、12V を 5V または 3.3V ピンに供給することで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。^[33]

12 V コネクタ (SFX12V) 構成のスモール フォーム ファクタは、microATXなどのスモール フォーム ファクタ(SFF) システム レイアウトに最適化されています。電源装置の薄型化により、これらのシステムに簡単に適合します。

12Vコネクタ（TFX12V）構成の薄型フォームファクタは、小型で薄型のMini ITXおよびMini DTXシステムレイアウトに最適化されています。電源装置の細長いプロファイルは、薄型システムに簡単にフィットします。冷却ファンの配置により、マザーボードのプロセッサとコア領域から空気を効率的に排出できるため、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。^[34]

ほとんどのポータブル コンピュータには、25 ～ 200 W を供給する電源装置が搭載されています。ポータブル コンピュータ (ラップトップなど)には通常、外部電源装置 (サイズ、形状、重量が実際のブリックに似ているため、「パワー ブリック」と呼ばれることもあります) が搭載されており、AC 電力を 1 つの DC 電圧 (通常は 19 V) に変換します。さらに、ラップトップ内で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に必要なさまざまな DC 電圧が供給されます。

外部電源は、それ自体に関するデータ（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番目のワイヤでラップトップにデータを送信します。ラップトップは、一致しないアダプタを拒否します。^[35]

一部のコンピュータでは12Vの単一電圧電源を使用しています。その他の電圧はすべてマザーボード上の電圧レギュレータモジュールによって生成されます。 ^[24]

• 
  SFXフォームファクタ電源ユニット
• 
  TFXフォームファクタ電源ユニット
• 
  FlexATXフォームファクタ電源ユニット
• 
  以前使用されていたAT PSU。機械的にはATX PSUと同じサイズです。
• 
  PS3用電源、ATXより短い、最大300W（PlayStation 3と混同しないように）^[36]
• 
  SFX PSUをATXまたはPS3 PSUの代わりに使用できるアダプタ

寿命は通常、平均故障間隔（MTBF）で指定され、MTBFの評価が高いほど、デバイスの寿命が長く、信頼性が高いことを示します。高品質の電気部品を最大定格よりも低い定格で使用したり、冷却を改善したりすると、ストレスが低く動作温度が低いため、部品の故障率が下がり、MTBFの評価が高くなります。^[37]

25℃、全負荷時の推定MTBF値が100,000時間（およそ140か月）というのはかなり一般的です。^[38]このような評価では、前述の条件下では、PSUの77％が3年間（36か月）にわたって故障することなく動作することが期待されます。つまり、ユニットの23％が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37％（半分以下）のみが100,000時間故障せずに持続すると予想されます。^[a]予測信頼性R(t)を計算する式は 、

${\displaystyle R(t)=e^{-{\frac {t}{t_{MTBF}}}}}$

ここで、tはMTBF仕様と同じ時間単位での動作時間、eはおよそ2.71828に等しい数学定数、tMTBF_はメーカーが指定したMTBF値である。^{[39] [40]}

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は、ホットスワップ可能であり、N +1冗長性と無停電電源装置を組み込むことができます。負荷要件を満たすためにN個の電源が必要な場合は、冗長性を提供するために1つの追加電源がインストールされ、故障した電源をダウンタイムなしで交換できます。^[41]

「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。最も正確な読み取り値を得るには、負荷をかけた状態でのテストが推奨されます。^[44]

• 
  LCD付き ATX PSU テスター
• 
  LEDインジケーター付きATX PSUテスター
• 
  リップルテストは外部負荷と監視装置を使用して実施される^[45]

PSUの電圧は、ほとんどの最新マザーボードのシステムモニターで監視できます。 ^{[46]これは、多くの場合、} BIOS 内のセクションを通じて、またはオペレーティングシステムの実行中に、Linuxのlm_sensors、NetBSDのenvstat 、 OpenBSDとDragonFly BSDのsysctl hw.sensors、 WindowsのSpeedFanなどのシステムモニターソフトウェアを通じて行うことができます。

ほとんどの電源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 PSU はデジタル制御と監視を提供できます。これには、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。

• IEC 62700 (ノートパソコン用 DC 電源)
• コンピュータ電源メーカー一覧
• 電力管理
• 静かなPC
• スイッチング電源アプリケーション
• PS-ON信号

• ATX12V 電源設計ガイド、v2.01
• ATX12V 電源設計ガイド、v2.2
• ATX12V 電源設計ガイド、v2.3 (デスクトップ プラットフォーム フォーム ファクタ用電源設計ガイド、v1.1)
• ATX12V 電源設計ガイド、v2.31 (デスクトップ プラットフォーム フォーム ファクタ用電源設計ガイド、v1.2)
• ATX12V 電源設計ガイド、v2.4 (デスクトップ プラットフォーム フォーム ファクタ用電源設計ガイド、v1.31)

ウィキメディア・コモンズには、コンピュータ電源ユニットに関連するメディアがあります。

• PC電源の仕組み
• アクティブモード電源効率に関する情報と研究を掲載したウェブサイト
• PC の修理とメンテナンス: 電源の詳細
• コンピュータの電源とは何ですか?
• 各種電源ケーブルおよびコネクタ
• 電源のサイズ、コネクタ、認証、テスト手順

• OuterVision 電源計算機 (頻繁に更新)
• SnooP と goodone の電力供給計算機。レールの電流分布を提供します。
• コンピュータ電源計算機（四半期ごとに更新）