ATX電源

ATX電源(エーティーエックスでんげん、: ATX Power Supply)は、ATXコンピュータ用の電源回路を収めたユニットの標準規格、およびその規格に準じた電源ユニット・電源装置を指す。2018年現在、デスクトップパソコン(PC)用の電源としては、最も一般的なものである。AC100Vや220Vといった商用電源を入力とし、内部で12Vや5Vといった直流に変換を行い、PC各部へ給電する為の出力を作り出す。

一般的なATX電源の外見

本項では、本規格電源から派生したSFX電源についても記述する。

概要

ATX電源の構造 A:入力EMIフィルタ兼ブリッジ整流器 B:入力フィルタコンデンサ CとDの間:変圧器 D:二次側ヒートシンク E:出力フィルタコンデンサ

1995年に米インテル社が、従来のAT規格[1]に代わり、マザーボードや電源ユニットなどを含む構造規格として「ATX規格」を制定した。「ATX電源」はその標準規格に準拠して設計・製造された電源ユニットである。取り付けねじの位置やPC筐体における開口部の形状制限、供給電圧、制御信号、コネクタなどは規定されているが、形状はあまり規定されてはおらず、特に供給する電流値は規定されていないため、多様な供給能力の製品が存在する。

一般的な電源ユニットは、金属製の板やパンチングメタルなどの頑丈な筐体を持っており、そのうち1面がPCの外面に露出する前提で作られている。露出面にはAC100-240V等の入力ソケット(IEC 60320 C14)を持ち、PC内部側には出力や制御信号線となる十数本単位の給電用電線等、またはそのような電線の接続用ソケットを備える[2]。特に外部記憶装置類用の給電用配線は、最端部の給電用コネクタだけでなく、配線途中にもいもづる式に備わっている[3]。通常は1基か2基の冷却用送風ファンをいずれかの面に備えており、PC内部または外部から取り込んだ空気で電源ユニット内の熱を奪い、温まった空気をPC外部へ強制排出したりPC内部の気流生成に用いる。1枚程度のプリント基板上にスイッチング式の電源回路を持ち、半導体素子を冷却するためのアルミニウム製のヒートシンクが内部で大きな容積を占めている。1重以上の内部保護回路を持っており、PPFなどが多用され、多くの家電製品のようなヒューズは備わっていない。

ATX電源は、市販のデスクトップPCに組み込まれている他にも、自作パソコン向けや既存製品の改造、修理用などとしてユニット単体がパソコンショップ等で販売されている。ATX電源は、総出力や電力変換効率といった電気的な性能の他にも、冷却機構の差などに起因する静穏性や、コンデンサの品質などに起因する信頼性と寿命の差、配線ケーブルの取り回しや装飾的な機能を含むオプションの有無など多様な製品が存在し、これらの要素によって価格も大きく異なる。安い製品では2千円前後から高価なものでは数万円のものまで存在し、高級品では概ね保証期間が長く設定されている[4]

仕様

ATX構造規格および周辺構造規格向けの種類

ATX
Pentium 4発売以前に主流だった規格。代表的な規格書はATX Specification 2.03 Dec. 1998
ATX12V
Pentium 4以降に発売された電源の規格。マザーボードに向けて4ピンの+12V補助電源コネクタを加えた。代表的な規格書はATX12V Power Supply Design Guide Version 1.3 Apr. 2003
ATX12V Ver2.x
Intel Core 2以降に発売された電源の規格。主電源コネクタが20ピンから(下記EPS12Vと同じ)24ピンに変更になり、シリアルATA用電源コネクタを必須に定めた。代表的な規格書はPower Supply Design Guide for Desktop Platform Form Factors Revision 1.2 Feb.2008 Page-63 12. ATX12V Specific Guidelines 2.31
CFX12V
  • CFX 幅101.6+48.4 × 高さ86 × 奥行き96 mm
Compact Form Factor 向けの 12V電源コネクタ付き電源ユニット。
ATX12VO
ATX12VOはATX 12V Onlyの略称で、供給する電圧を+12Vのみとしたもの[5]。2019年にIntelが策定したもので、年々強化される各国の消費電力制限に準拠し、また電源ユニットの簡略化による低コスト化と低発熱化を図っている。一方で従来の5V電源を必要とするデバイスはマザーボードから5Vの供給が必要なため、マザーボードの製造コストは増大する。
2020年4月現在は以前から存在していた各社のOEM向け12V出力電源の統一規格とされ、一般的な自作パソコン向けの製品は販売されていない。[6]
EPS12V
サーバ/ワークステーション用マザーボードを想定した複数CPU/複数GPUに対応した電源規格。近年の製品はATX12V Ver2.31との両対応電源が主流。主な規格書はSSI EPS12V Power Supply Design Guide Version 2.92 2002-2004
FlexATX
  • FlexATX 幅81.5 × 高さ40.5 × 奥行き150 mm
FlexATXフォームファクタ向けの電源ユニット。
LFX12V
  • LFX 幅62 × 高さ72 × 奥行き210 mm
Low Profile Form Factor 向けの 12V電源コネクタ付き電源ユニット。
NLX および miniNLX
NLXフォームファクタ向けの電源ユニット。
PS3
SFX電源ユニットの一種。ATX電源のサイズで奥行きの長さが短くなったもの。
SFX および SFX12V
SFX12V は、SFX に 4ピンの+12V補助電源コネクタを加えたもの。
TFX12V
  • TFX 幅85 × 高さ64 × 奥行き175 mm
Thin Form Factor 向けの 12V電源コネクタ付き電源ユニット。

サイズ

  • ATX 幅150 × 高さ86 × 奥行き140 mm
  • ATX large 幅150 × 高さ86 × 奥行き180 mm
  • ATX – EPS 幅150 × 高さ86 × 奥行き230 mm

冷却ファンを搭載している製品が多い。その場合は入力用電源コネクタ側パネルまたは他の面に通風孔があるが、場所の規定が無く様々である。

供給電圧の種類と許容誤差

  • +5VDC, ±5%
  • -5VDC, ±10%(供給するなら。過去にはISAバスなどが必要とした。)
  • +12VDC, ± 5%
  • -12VDC, ±10%
  • +3.3VDC, ±5%
  • +5VSB, ±5%[7]

EuP Lot6

欧州連合理事会欧州議会が「エネルギー使用製品のエコデザインに関する指令」として知られるEuP指令、および、その対象範囲を広げた「エネルギー関連製品のエコデザイン指令」つまり、ErP指令がそれぞれ告示・発効されたことによって、欧州域内で使用/販売される広範な電気製品類のエネルギー消費に関する規定が設けられた。この規定によって、欧州域で用いられる(可能性がある)ATX電源は、EuP指令の中でのLot6(オフモード、待機モード電力消費量基準)で示される「オフモードでの消費電力」と「待機モードでの消費電力」がそれぞれ1.00Wを超過しない[8]という基準値に適合することが求められるようになった[9]

コネクタ

多くの場合、ATX電源ユニットには主に以下の出力コネクタが接続されている。

左からATX20ピン電源、FDD4ピン、ペリフェラル4ピン
PCメイン電源コネクタ
マザーボードに電力を供給するコネクタ。20ピンまたは24ピンをもち、電源ユニットのコネクタの中で最も大きい。-12V,-5V,+3.3V,+5V,+12Vと多種の電圧を供給する他、電源を入れるための信号線も含む。一部の電源ユニットでは24ピンのコネクタを20ピンと4ピンに分け、20ピンと24ピンの両方のマザーボードに対応させている。
ATX12V 4ピン/EPS12V 8ピン兼用
ATX12V 4ピンコネクタ/EPS12V 8ピンコネクタ
メイン電源コネクタとは別にマザーボードに接続し、CPUに電力を供給する。通常ATX12V 4ピンコネクタが使われるが、より大電力が必要なハイエンドCPUではEPS12V 8ピンコネクタが使われる。ATX12V 4ピンコネクタに別の4ピンコネクタを組み合わせてEPS12V 8ピンコネクタとして使えるようにしている製品もある。
ペリフェラル 4ピンコネクタ
モレックス4ピンとも呼ばれる。ハードディスクドライブやDVDドライブなどの補助記憶装置に接続するコネクタで、+5Vと+12Vを供給する。拡張カードやケースファンなどのアクセサリ類への電源供給にも汎用的に使われる。メーカーの製品仕様では、しばしばハードディスク(HDD)用のコネクタとして記載されているが、SATA接続のハードディスクが主流となっている現在では誤認を招きかねないので正しい表記とは言えない。ペリフェラル 4ピンコネクタに繋げるのはパラレル接続のハードディスクであり、SATA接続のハードディスクにはSATA用の電源コネクタを使用しなければならない。
FDD 4ピンコネクタ
主に3.5インチフロッピーディスクドライブに使用されてきたためこう呼ばれる。ペリフェラル4ピンコネクタよりも小型で、電源ユニットのコネクタの中では最も小さい部類に入る。ペリフェラル4ピンコネクタと同様、拡張カードなどのアクセサリへの電源供給に使われることもある。また、このコネクタを誤って挿したことによるトラブルはよくあることとして知られており、注意が必要である。
4ピン→SATA電源変換複合ケーブル
シリアルATA電源コネクタ
SATA接続のハードディスクドライブやDVDドライブなどの補助記憶装置に接続するコネクタ。Molexの67582-0000を用いる[10]。15ピンで+3.3V(14.85W)、+5V(22.5W)、+12V(54W)を供給する[11]
6ピン/8ピンPCI-E補助電源
PCI Express電源コネクタ
PCI Express接続のグラフィックカードに接続するコネクタ。6ピンと8ピンのものがあり、主に6ピンのコネクタが使われるが、一部のハイエンドグラフィックカードでは8ピンのコネクタが必要となる。6ピンのコネクタに別の2ピンのコネクタを組み合わせ、8ピンとしても使えるようにしている製品もある。また、8ピンのものはEPS12V 8ピンコネクタと形状が似ているため、誤接続への注意を促す表示がされている場合が多い。PCI Express x16スロットの75Wでは不足する場合に接続する。6ピンは最大で75W、8ピンでは最大で150Wの電力をグラフィックスカードに供給する[12]

この他に、各社の製品の独自機能として、ケースファン電源供給コネクタ、電源ファン回転数検出用コネクタなどを装備するものもある。

24ピンATX12V 2.x 電源供給コネクタ
信号 No. No. 信号
+3.3 V 1 13 +3.3 V
+3.3 V sense
+3.3 V 2 14 −12 V
Ground 3 15 Ground
+5 V 4 16 Power on
Ground 5 17 Ground
+5 V 6 18 Ground
Ground 7 19 Ground
Power good 8 20 Reserved
+5 V standby 9 21 +5 V
+12 V 10 22 +5 V
+12 V 11 23 +5 V
+3.3 V 12 24 Ground
  • 水色背景のピンは電源ではなく状態信号
  • 緑背景のピンは20ピンコネクタでは存在しない
    過去にISAバスに-5Vを供給するために使用していた
  • 13番ピンの茶色は四端子測定のための弱電流測定線

選定上の留意点

ATX電源の給電能力が不足するとPCの故障の原因となる可能性がある。また、給電需要が定格内であっても供給に余裕があまり無ければ電源ユニットが相応に発熱するため、寿命はその分短くなる。供給可能な電流値も各電圧ごとやレーンごとで異なるため、総出力値だけでは判断できない。一般に電力の変換効率は定格出力値の50%付近が最適になるように設計されており[13]、電源容量については余裕を持った選択が望ましい。

+5VSB (+5V standby voltage) はシャットダウン後[14]待機電力として常にマザーボードなどに供給され続けているため、部品交換などPC筐体内部に触れる時に主電源スイッチをオフにするか電源プラグを抜くことを怠ると、故障の原因となる恐れがある。また、主電源を切ってもしばらくはコンデンサなどに電気が蓄えられているため、異常な電気的負荷を内部部品にかけることで故障や寿命短縮しないように、PC内部の作業時には主電源を切ってから電源ボタンを空押しすべきとされる[15]

製品に記される品質と安全の証明となる様々なマークは、ULマークと、GSマーク、TÜVNEMKOSEMKODEMKOFIMKOCCCCSAVDEGOST R、そしてBSMIEMI/RFIのための一般的な証明書マークは、CEマークと、FCCと、C-tickである。これらのマークは商用電源に接続される電源機器に必須とされるものが各国で制定されており、品質検査を受けた証として認定されたものに表示が許される。

寿命の来た電源、或いは品質の悪い電源を使用すると、最悪全てのPCパーツを巻き添えにして壊れることもあるため、自作PCの場合は早めの交換・お金を掛けるなどして気を使ったほうがいいとするショップや記事もある[16][17]。ただし、品質が上がるにつれ高価格帯になりやすい[18]という欠点も持ち合わせている。交換の目安は寿命ギリギリではなく、余裕を持った時期での交換を一部メーカーでは推奨している[19]

80 PLUS

電源の電力変換効率を示す規格として"80 PLUS"が存在する。80 PLUSでの分類は省エネルギー性や発熱量の目安となるため、ATX電源製品の優秀性を示す尺度として商品の宣伝などで用いられている。"80 PLUS"では、交流入力から直流出力への電源変換効率において、下記の条件を満たしていることが求められる。AC115Vの入力時における、負荷:20%、負荷:50%、負荷:100%の各状況下においてそれぞれの電源変換効率が規定されている。 コンデンサーの品質や回路の適切な設計があっての電源であるため、認証は品質を示すものではない[20]

80 Plus[21] アイコン 115 V internal non-redundant 230 V internal redundant 230 V EU internal non-redundant
電源負荷率 10% 20% 50% 100% 10% 20% 50% 100% 10% 20% 50% 100%
80 Plus スタンダード 80% 80% 80% 82% 85% 82%
80 Plus ブロンズ 82% 85% 82% 81% 85% 81% 85% 88% 85%
80 Plus シルバー 85% 88% 85% 85% 89% 85% 87% 90% 87%
80 Plus ゴールド 87% 90% 87% 88% 92% 88% 90% 92% 89%
80 Plus プラチナ 90% 92% 89% 90% 94% 91% 92% 94% 90%
80 Plus チタン 90% 92% 94% 90% 90% 94% 96% 91% 90% 94% 96% 94%

右側の230Vはデータセンターなどで用いられる冗長電源システムでの規定である。

Haswell対応問題

+12Vの負荷が非常に小さくなった状況下で+3.3V/+5Vの負荷が大きい場合、従来の電源ユニットでは出力が不安定となりシステムが不安定となる場合がある。2013年ごろ発売の、Intelの第4世代CPUであるHaswellファミリ以降、CPUやシステム全体の低消費電力化がより進んだため、前述の問題が顕著になっている。

また、ACPIのC-State C6/C7において+12Vの最小電流0.05Aをサポートする必要がある[22]

GPUのCPU内蔵化(すなわちグラフィックボード不使用)やPCのストレージHDDからSSDに移行した事で+12Vの消費が従来よりも減っている(+12Vは主にスピンドルモーター駆動に用いられるため、モーターのないSSDでは+12Vを使用しない)事も遠因となっている。

以上のような状況を背景とし、前述の状況下でも安定した出力を行える電源ユニットを「Haswell対応」としてうたっている製品がある。[23]

SFX電源

SFX電源の一例

SFX[24]電源は、小型PC用のMicroATX規格に準じた電源ユニットである。ATX電源よりも小型化され、-5V出力が省略されている。電源出力も、概ね100Wから400W程度とATX電源よりも小出力である。中にはATX電源互換のマウンタが付属している製品もある。

サイズ

  • SFX(A) 幅100 × 高さ50 × 奥行き125 mm
  • SFX(B) 幅100 × 高さ63.5 × 奥行き125 mm
  • SFX(C) 幅125 × 高さ63.5 × 奥行き100 mm
  • SFX(D) 幅100 × 高さ63.5 × 奥行き125 mm
  • SFX(L) 幅125 × 高さ63.5 × 奥行き130 mm

※ SFX(B)とSFX(C)はファンの厚みが17.1mmとなっており、空冷ファンが下部に出っ張っている。

脚注・出典

  1. AT規格はPC/AT互換機用の規格であるが、代表的なデファクトスタンダードであって、PC/ATとその同等品からなる多様な派生製品の中から主流となった形状や特性が順次、業界内で公認され、規格として文書化されたものである。
  2. 給電用電線がソケットによってATX電源本体から外せるようになっている製品があるが、使用しない無用な線を除くことでPC内部での空冷の効果が高められる反面、接触不良の危険性やコスト高に加えて高電流の接続点が増す事による電圧降下と電力の無駄が生じるというデメリットがある。
  3. ハードディスクドライブのような補助記憶装置類用の給電用配線は、大きな"Pheripheral Power Connector"と呼ばれる主に5インチサイズの記憶装置向け電源コネクタと、やや小さな"Floppy Drive Power Connector"と呼ばれる主に3.5インチサイズの記憶装置向け電源コネクタに加えて、21世紀になって登場した小さな"Serial ATA Connector"と呼ばれるものが存在し、近年では5インチサイズの記憶装置の利用が減少するなど状況の変化に対応して、ATX電源でも年を追うごとにサイズの小さな電源コネクタの比率が多くなる傾向がある。これら3種類の間の相互変換用の電線・コネクタが販売されている。
  4. 最長12年保証、高耐久PC電源を生み出すためのオウルテックのこだわり
  5. ATX12VO (12V Only) Desktop Power Supply Design Guide Revision 002 (PDF)
  6. Lathan, Patrick. Intel ATX12VO vs. 12V Spec Explained & What Manufacturers Think”. www.gamersnexus.net. 2020年7月28日閲覧。
  7. ATX2.2規格
  8. オフモードと待機モードのいずれでも1.00Wを超過しないという基準値は、2013年1月8日以降は、いずれも「0.50Wを超過しない」へさらに厳しい値に変わる予定である。
  9. ここが知りたいRoHS指令 - 中小企業基盤整備機構 (2012年1月6日閲覧)
  10. http://www.japanese.molex.com/molex/products/datasheet.jsp?part=active/0675820000_CRIMP_HOUSINGS.xml
  11. http://www.molex.com/pdm_docs/ps/PS-67490-002.pdf , 2015-01-12閲覧。1回路あたり1.5Aでありそれぞれ3回路あることを考慮し、P=IVより算出可
  12. http://www.playtool.com/pages/psuconnectors/connectors.html#pciexpress , 2015-01-12閲覧
  13. 玄人志向に聞く「PC電源のツボ」 - AKIBA PC Hotline!, Impress Watch (2011年8月3日付配信、2011年11月5日閲覧)
  14. ACPI S3はSuspend To Ram(STR)状態でありM/Bおよびメモリに電源が供給され続けているため、本質的に主電源オフおよびPC内部の機器交換は故障ほかトラブルの原因となり不可能である。ACPI S4はOSによってはハイバネーション(あるいは高速スタートアップ)であり、主電源オフは可能だがデバイスの構成を変更などしてから再度起動すると、ディスクあるいはUEFIのサポート情報等との不整合により起動トラブルの元となる。以下は、ACPI S5(フルシャットダウン)の場合に限って解説する。
  15. 電源ケーブルを抜いた状態でも電源ボタンを押すとLEDが一瞬点灯したりファンが一瞬回る事があるが、これは回路や電源部に電気が残っていた場合に発生し得る現象である。このような電源回路の特性によって、周囲の家電製品(特に冷蔵庫や掃除機のような大きなモーターを持つもの)の電源をon/offすることによってAC100Vの商用電源線に大きなノイズが乗り、瞬断相当になっても、PCが異常動作をすることはない。
  16. PC電源選びで困ったら… ツクモ PC電源navi - 株式会社Project White (2020年5月18日更新記事、2020年6月4日閲覧)
  17. パーツ交換で旧世代PCを寿命まで使い倒したい - 週刊アスキー (2016年4月4日記事、2020年6月4日閲覧)
  18. パソコン工房‐PC電源 - パソコン工房 (2020年6月4日閲覧)
  19. 80PLUSは品質を見るものではなかった?CORSAIRが語る10年保証電源のこだわり - AKIBA PC Hotline!, Impress Watch (2018年11月27日配信、2020年6月4日閲覧)
  20. 80PLUSは品質を見るものではなかった?CORSAIRが語る10年保証電源のこだわり - AKIBA PC Hotline!, Impress Watch (2018年11月27日配信、2020年6月4日閲覧)
  21. http://www.links.co.jp/2013/05/post-26/
  22. 株式会社インプレス (2013年7月5日). 3メーカーに聞く、Haswell時代の電源選び 【玄人志向編】技術者「謎のサングラス男」に聞く、Haswell対応の根本とポイント Text by 石川ひさよし (日本語). AKIBA PC Hotline!. 2021年1月26日閲覧。
  23. "SFX"は"Small Form Factor"に由来する。

関連項目

外部リンク

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