当硬件试图消耗的功率超过电源所能提供的功率时会发生什么?

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据我所知,计算机并不总是始终从电源中汲取相同数量的电量。有时硬盘驱动器处于待机状态,使用量不如旋转时那么多,而显卡在未充分利用时会节省电量。

例如,当您在台式机塔(或服务器机架)中安装 100 个硬盘驱动器时会发生什么情况,假设为 1000 瓦 PSU,并且它们都处于待机状态,然后突然某个进程访问所有硬盘驱动器并旋转它们,吸收比 PSU 所能提供的更多的功率?

当硬盘驱动器认为它们没有获得足够的功率时,是否会发出一些信号?还是每个单独的硬件都询问 PSU 是否可以为其提供 X 瓦的功率,并且它可能会说“不,我没有那个可用”?主板是否决定它是否可以协商此电源请求并安全地避免突然断电和即时关机?或者在这种情况下标准协议是否会在不试图避免这个问题的情况下死亡?

根据我的台式机和几个硬盘驱动器以及一个低功率 350W PSU 的经验,如果 5 个硬盘驱动器都试图同时启动,它会立即关闭。幸运的是,没有发生任何不好的事情,但我想知道即时关机是否是硬件部件的预期和计划反应,或者只是主板(或 PSU)吓坏了并意外禁用了一切。

澄清我的问题:我感兴趣的是为什么常见的结果是系统关闭而不是安全拒绝设备供电,这会使系统过载?USB 电源管理可以防止这种情况,那么为什么 SATA/Molex 电源线管理逻辑没有这个(或者如果有,为什么它经常失败)?


看到一些答案后更新:我真的很惊讶 PSU 中没有内置某种电源管理逻辑,如主板用于管理 USB 电源分配。这就是我从到目前为止的答案中得到的。如果您知道其他内容,请分享作为答案。

Mok*_*bai 73

从电子学的角度来看,一旦从电源汲取的电流超过电源容量,输出电压就会突然下降。需要特定电压才能工作的电子设备将简单地关闭。这实际上是断电。

在最好的情况下,电源会检测到这种过载情况并保持自己关闭一段时间或测试以查看负载是否仍然以安全方式存在,保持电源输出关闭直到负载消失。

在最坏的情况下,电源会进入持续的开启和掉电周期,并可能导致其自身或连接的一个或多个设备死亡。

除了在 USB 等智能设备中,电源可用性是一开始就考虑的问题之外,没有规定设备可以从电源“请求”更多功率。系统电源绝对没有智能电子设备。

  • USB 甚至能够协商功率的原因在于,它的核心是一种通信协议,而不是一种功率传输协议。它之所以有效,是因为额外的电源*可能可用也可能不可用*。开关模式或线性电源将有一些安全限制,超过该限制将无法提供更多功率,并且该功率量对应于特定电压下的特定电流。你的电源公司更像电脑电源,而不是USB;您的电器不会协商额外的电力,但电力公司会检测到额外的消耗并进行补偿。 (31认同)
  • “系统电源绝对没有智能电子设备。” – 我不认为那是真的。如果系统电源具有比 Apollo 11 计算机系统更高的处理能力,我不会感到惊讶。但是它*确实*无法与设备进行通信。 (21认同)
  • 实际上,即使是现代 ATX psu 内部也几乎没有数字部件,更不用说微处理器了。没有用,所以没有。故障条件如此之快,以至于必须在模拟世界中进行处理。Apollo 的计算能力肯定比一般的 PSU 强。 (20认同)
  • @whatsisname 很抱歉,但您所说的要么不真实,要么没有道理。uC 很便宜,但快速 ADC 和 DAC 不是。高效率根本不是通过数字控制来实现的,功率因数校正可以用一个电容器来完成。如果你不相信我,就开一个ATX psu。是的,我刚好在半导体行业工作,研究...功率芯片。请不要传播不准确的信息。 (5认同)
  • @whatsisname 微控制器可能很便宜,但在竞争激烈的市场中,每一分钱都很重要,如果你不*必须*使用它,你就不会使用它。较新的 SMPS 单元可能具有基于 FET 的过流保护,但是当可以使用更简单(更便宜)和更专用的硅片时,就不需要微控制器了。使用专用芯片也比使用需要有人为其编写软件的控制器便宜,而且 SMPS 单元根本不需要*智能控制器。 (2认同)

Dav*_*rtz 45

电源检测到过载情况并关闭。没有规定协商功率要求。

  • 我无法对每个电源都说清楚,但这是在基于标准 PC 设计的典型台式机和服务器上发生的情况。 (12认同)
  • 事实上,这是 ATX 电源规范的一部分。我相信它也在 AT 电源规范中。要再次使用该电源,您需要完全断开交流电源(拔下它...或者如果它的背面有硬件电源开关,请将其关闭)10 秒左右,以对电容器放电。然后恢复供电。 (10认同)
  • @kasperd:电源和数字逻辑之间还有其他中间调节器。 (4认同)
  • 每个电源都会发生这种情况,还是旧/新、台式机/服务器电源有不同的情况? (3认同)
  • @kasperd:评论并不是要“使”您写的任何内容“无效”。 (2认同)

LSe*_*rni 37

幸运的是,没有发生任何不好的事情,但我想知道即时关机是否是硬件部件的预期和计划反应,或者只是主板(或 PSU)吓坏了并意外禁用了一切。

理论

两者都是。是 PSU 出问题了,这硬件部件的预期和计划反应。进入“安全关机”模式后,您需要断开 PSU 几秒钟或重置通常位于背面的行程开关1

真实世界

非常便宜的 PSU 可能不会跳闸,只会让设备因电流不足而出现故障。这是一些制造商对“改进”ATX 设计的解释,减少了在“临时”过载的情况下重置 PSU 的需要。真正的 ATX 电源将能够在短时间内以最大峰值运行,该峰值高于连续运行规范,不会跳闸且不会损坏。每个人都赢了。某些制造商设计不良的单元,不得命名,根本不会跳闸;如果合理使用,它们与真正的 ATX PSU 相同,而且成本更低。

当不合理使用时,它们可能会起火,或进入“旋转、断电、断电、通电、自旋、断电……”循环,有时甚至会自我解决和继续正确的引导。这里发生的事情是 PSU 没有跳闸,设备会受到计划外的磨损。在这种情况下,我建议完全更换 PSU。一开始就通过箍来适应行为不端的电源是没有意义的。当您更换 PSU 时,请购买一个功能更强大的电源,它可以解决最初的问题。

硬盘

但是,硬盘是一种特殊情况,因为众所周知,它们具有更高的启动要求。因此,一些硬盘(和主板)通过延迟启动、使用将启动延迟固定时间的跳线、或支持PUIS(也在此处)或通过背板信号交错启动来处理此问题. 无跳线解决方案需要合适的主板,能够向硬盘发送适当的信号(SATA 接口的第 11 针,由 WD 和其他公司实现)。该软件要么留给用户,要么有时在 BIOS 中实现。

这与 PSU 无关,但可以解释在特定设置中,350W PSU 在为八个硬盘供电时可能不会跳闸,这些硬盘的组合启动功率为(我使用的是随机数)400W。那是因为永远不会完全耗电,并且硬盘一次上升两个,每个在几分之一秒内吸收巨大的电流,然后再稳定到正常工作电流。将主板更换为不处理(或未配置)交错旋转和吊杆的主板。

更新

澄清我的问题:我感兴趣的是为什么常见的结果是系统关闭而不是安全拒绝设备供电,这会使系统过载?USB 电源管理可防止出现这种情况 [...] 我真的很惊讶 PSU 中没有内置某种电源管理逻辑,如主板用于管理 USB 电源分配。

USB 是一种设备之间的通信标准,它比普通硬盘所需的更“智能”(当然,硬盘上的计算能力不容小觑——其中一些可以运行 Linux)。

但是这里的问题很多:

  • PSU 无法确定谁在消耗电流。一根电源线最多可连接四个 Molex 连接器,而 12V/5V 线并非设计用于传输信息。它可以完成,但您需要从根本上重新设计 PSU 和所有可能需要此类功能的硬件。
  • 拒绝为一台设备供电可能会破坏启动整个系统的目的。或者导致潜在的灾难性结果。想想如果 RAID 单元由于“当前拒绝”而导致一个(或两个!)磁盘短路会发生什么。
  • 如果极端电流需求源于硬件故障,则整个系统都出现故障,因此在我看来,当前关闭一切的策略是最安全的行为方式。请记住,大型的、太重要而不能发生故障的系统将以不同的方式构建并具有巨大的冗余,因此在这些情况下,有限关闭也是最佳响应,它甚至可能不会发生,因为故障单元不需要更大的电流但根本不启动(电路保护和直接断开所有供电部件。在旧的高端 IBM AS/400 系统中,您可以将驱动器短路,系统将继续工作,而一个驱动器托架正在上升火焰和烟雾- 我看到了。该单元在逻辑上和电气上与背板断开连接,但这并不能阻止它继续燃烧,当然;但只要有足够的钱,即使这样也可以避免)。
  • 经济角度来看,它在经济上是不合理的——这样一个智能 PSU 的成本远高于一个笨、更坚固、更强大的 PSU,后者更容易构建并且可能持续更长时间,并且可以同样好地解决同样的问题(实际上,有可以使用更多的电流,并且在远离满负荷工作的情况下工作,它将更好地解决该特定问题)。

(1) 我记得有一台惠普迷你台式机,它在里面,在电缆带旁边。它的内部也有一个“通电”绿灯。我想这些是为某些特定安排专门构建的 PSU,然后在其他地方使用。从墙上插座断开连接应该足以重置 PSU,但如果不是,在让它死之前,请尝试检查内部。你永远不会知道。

  • 原则上可能,但实际上几乎没有什么可协商的:所需的额外电流不可用。使用这种方法可以达到的最佳效果是启动系统,是的,但只有一个 HD 短。 (3认同)
  • 这是一个知识渊博的答案!谢谢你。 (2认同)
  • @OskarSkog ,这是正确的。我还忽略了,在其他条件相同的情况下,功能更强大的 PSU 的工作能力将远远超出其全部容量,从而承受较小的压力。除了更简单的结构之外,这将导致“哑电源”可能享有更长的使用寿命。 (2认同)

小智 7

在某些机电设备(例如硬盘驱动器)的特定情况下,设备的功耗通常在初始启动期间最高,然后在设备处于稳定状态后会下降一些。出于这个原因,好的 RAID 卡(例如)将有一个设置来交错所有连接的驱动器的启动,这样启动负载就不会一下子放在电源上。

另一种可能发生的情况是,如果您接近电源的功率限制,但实际上并未结束,则电源可能不会关闭。相反,正如其他答案所说,电压会下降。最终结果可能是看似随机的系统崩溃(例如 Windows 中的 BSOD)。其中一些取决于电源的质量。与更便宜、质量较差的同类产品相比,高质量的电源将更接近其极限。


phu*_*clv 6

我十多年前就经历过这种情况。

那时我的硬盘快满了,所以我不得不插入另一个 80GB 的硬盘。启动后一切正常。

但是过了几天左右,系统就挂了,或者屏幕偶尔闪一下。每次刷新后,系统恢复正常,但在资源管理器中,C 驱动器消失或发生了其他一些奇怪的事情。发生错误,出现消息框...但最奇怪的是,我的主硬盘现在在diskmgmt.msc和其他磁盘分区工具中显示为1TB以上。

我找不到原因,但当我看到我家附近著名的 PC 商店投放的广告,要求更换旧键盘/鼠标/电源时,我决定更换电源。我把新的电源带回家,发现 24 针连接器不能适应我的 20 针主板时哭了。一个小时后,我观察到可以拔出 4 个额外的引脚以使其兼容 20 引脚。从那时起,再也没有奇怪的事情发生,PC从此愉快地运行着。

只是在正常情况下,旧的电源对于旧的东西加上新的硬盘来说已经足够了。但在某些情况下,功率需求会显着增加并使电源过载,从而导致电压下降和掉电。会发生未定义的行为,例如数据丢失、硬盘断开连接或无法识别...

它花费了我数十 GB 的数据,并教会了我一个新的教训。

故事的结局


现在说说现象:

通常,电源会在其工作功率范围内提供(几乎)恒定的电压。如果设备消耗更多功率,电压会下降一点,它会尝试增加功率以平衡负载并将电压增加到正常值。

然而,一旦功率超过其能力,则情况无法恢复,电压将永远下降,永远不会回来。如果下降的电压在设备允许的范围内(例如 12V 到 11.5V),那么它仍然可以工作。如果它降得太低,显然整个系统都会停机,因为芯片在该电压下不再工作。

也许智能电源可以关闭导致过载情况的设备,但这是非常复杂的,需要为不同的设备提供单独的输出并不断测量它们的用电量。多个设备同时增加功率如何?你会决定关闭哪一个?如果那是 CPU 或 RAM,你会关闭它们吗?

没有办法阻止它,除非不要为该设备供电,或者要求该设备管理自己的电源。这可以在 USB 标准中看到。USB 设备始终以最低功率要求(1 个单位负载)启动。连接后,它将与主机协商以赋予其更多权力。如果请求获得批准,它将为其他必要的部件(如机箱中的硬盘驱动器)供电。您还可以看到,在需要 2 个 USB 端口的旧 USB 硬盘盒中,如果您只插入主电缆,它会拒绝启动,因为它发现电量不足。


Hyd*_*nix 6

当您的系统开始消耗 PSU 额定的更多电流时,以下一种或多种情况将按可能性发生:

  1. 系统固件将检测到电源故障并停止处理器和/或尝试关闭电源。可以通过多种方式检测电源故障状况。这些方式都不涉及与电源的任何类型的数字通信。一些主板具有复杂的监控芯片,而另一些主板则具有用于执行此操作的基本电路。

  2. 几乎所有(甚至更便宜的)PSU 都有过流保护电路。一旦超过电流限制一段时间(通常小于一毫秒),PSU 将完全关闭。它需要从电源断开(拔插头或拨动开关),然后重新连接才能再次运行。

  3. 无论从哪个电源轨汲取电流,电流消耗都会使其过载,并且电压将开始下降以增加提供的电流。主板的电源调节器将不再为 CPU 和/或其他组件提供适当的电压。主板、CPU 或内存将无法运行,系统将完全停止或关闭。

  4. 电源会吸收过多电流,导致组件发热和烧毁。这只会发生在上面列出的事情不存在或失败的情况下,以及为防止这种情况而采取的其他保护措施。

如果你想了解听听各种东西的电气细节,你应该问EE

  • 系统无法监控 PSU 上有多少负载,而防止 #4 或其他坏事发生正是 PSU 在无法维持正确电压时简单关闭的原因。 (2认同)