PC電源の各ピンの機能に付いて

ピンアサインに付きましては前回の記事を参考にして下さい。
各種規格での細かな電源仕様の違いに付いては、前々回の記事を参考にして下さい。
6-Pin や 8-Pin の PCI-Express補助電源に付いてはこの記事を参照下さい。
ActivePFCの事や効率と力率に付いてはこの記事を参照下さい。

この記事では、PC電源の24pinや20pinメインコネクタに割り当てられた各ピンの意味を説明したいと思います。

ハードに付いては素人の私が書くのも変な話ですが、本来の「ブログ」の趣旨と同じく自分向けにまとめたメモです。従いまして偉い先生が書いた難しい文章ではありません。筆者の様な素人の視点で書いていますので、素人の方が理解し易い様に考えて書いています。もしかしたら間違いも有るかも知れませんが、そういったものを見付けた読者の方は恐れ入りますがコメントを頂ければと思います。

GND
 グラウンド(Ground)の略。ケーブル色は基本的に
 (厳密には違いますが)小学校の理科で習った電池のマイナス極に相当し、PCケースやブラケット等につながっています。(従いまして皮膜の破れたケーブルやPCパーツのうちPCケースとの接触が想定されていない部分がPCケースに接触するとショートする恐れが有りますので注意が必要です)
 では、厳密にはGNDとは何かと言いますと、一般的にグラウンドとはつまり大地と言う事で、大地に接地したアース線などを使って大地の電位に近付けるように努力したピンで、これを電位ゼロとし、後述のプラス端子やマイナス端子などと比較した相対的な電位がゼロに成る様に努力した基準となる電位のピンです。なぜ努力したと書いたかと言いますと実際には大地に接地していない事が多く、かつ、厳密には配線抵抗の影響などで各ポイントで同一電位にする事が難しい事や、他のパーツからの電磁ノイズや地磁気や宇宙線や同位体元素崩壊の影響、周囲を漂う塵や埃の影響などで電位が常に僅かですが揺らいでいる為で、配線抵抗を減らしつつノイズを遮蔽して揺らぎを抑えようとすると莫大な時間と労力が掛かり、それに見合うだけの効果が得られるかは疑問で、その先は個人の主観による趣味の世界でしょう。オーディオ関係やエレキギター等ではグラウンドが非常に重要になってきますが、デジタル機器であるPCについては、それほど厳密に考える必要は無いと思います。但しACコンセント側の接地に問題が有る場合や他の機器がACコンセントにノイズを垂れ流している場合など、あまりに劣悪な場合はデジタル回路も影響を受けて信号が乱れエラー&リトライを繰り返して処理が遅くなったり、最悪は正常に動かない可能性も有ります。GNDを改善してPCが本来の性能より早くなる事は有りませんが、動作が不安定だったのが安定したり、動作が遅くなっていたのが本来の性能に戻る可能性は有ります。ACコンセントが劣悪な場合(家が工場、職場が工場、親父が趣味で変な事してる・・・など)ではUPSやAC安定化電源/交流安定化電源などを入れると改善する可能性が有ります。
 一般的な日本のAC-100Vは2極コンセントで、中学校あたりまでは2極の違いに付いて教わりません(教わって私が忘れただけかも?)が、それぞれライブ/ニュートラルと言う名前が付いていて、ニュートラル側が大地に接地されていますが、このニュートラルとGNDを接続はしませんので2極コンセントの場合にはGNDはアースされません。この2極とは別にアース端子があるコンセントや3極コンセントにはアース線が有り、それがPC筐体ひいては、このGNDとつながります。(余談ですが3極コンセントの中には200Vのものも有りますので注意が必要です・・・我が家は店舗だった経緯から100V/単相200V/三相200Vの3種類のコンセントが有ります)
 ノイズ遮蔽(ノイズ遮蔽はGNDに限った事ではありませんがGNDはノイズを逃がす役割も有ります)とグランド電位ゼロに限りなく近付ける努力は永遠の課題かもしれません・・・

COM
 コモン(Common)の略。ケーブル色は基本的に
 PC電源でのCOMピンは一般的に上記GNDと同じです。
 意味としては共通で使う端子と言う事ですが、PC電源ではGNDがそれに相当します。
 複数電源を一つのPCで使う場合、(金属ケースを介して遠方で接続されますが)基本的には、このCOMがそれぞれ別系統になりますので、グラボの補助電源など使う箇所でCOMを同系統で統一する必要が有りますので注意が必要です。

NC または N/C
 Non Connection の略で、接続されないピンです。
 ATX系電源では、以前「-5V」ピンが有った位置が、現在はこのNCです。
 延長ケーブル等を購入すると、ここに白いケーブルが入っている事が有りますが下位互換性保持の為に後述の「-5V」用ケーブルを入れてあるのだと思われます。

PS_ON#
 主電源をONにする信号、ケーブル色は基本的に
 この端子をGND又はCOM端子に接続(ショート/短絡)している間はPC電源の主電源がONに成ります。
 逆に接続していない状態では主電源がOFFになります。
 つまり小学校の理科で習ったスイッチと似たような働きですが、厳密には異なります。
 小学校の理科で習ったスイッチですと、そのスイッチを全ての電流が通過する事になり、1200W電源ですと、このピンを1200Wの電気が流れる事に成ってしまいますが、実際にはそうではありません。内部の仕組みは各製品で異なりますが微弱な電流(TTL 5Vの微弱信号)だけで主電源をON/OFF切り替える事が出来る仕組みになっています。
 ちなみにPS_ON#のシャープ記号(#)は入力端子に付けられたマークの様で、ATX系の電源にはPS_ON#以外には入力信号が有りませんが、WTX系電源にはSleep#と言う入力信号ピンが有ります。また、後述のリモートセンス用のピン名に#記号が付くケースも有ります。

PWR_OK
 Power OK の略。ケーブル色は基本的に灰色
 各電圧(+3.3V/+5V/+12V)が安定して供給出来る様に成った事を電源からマザーボード側に伝える信号ピンです。
 何らかの理由でこの信号が出ないと、スイッチを押してもパソコンの電源が入らない事に成ります。最近のPC電源は高度な制御をしている物も多く、小型の制御用マイクロプロセッサを搭載していますので、PC電源が入らない場合でも、電源モジュール内のコントローラをリセット・・・つまりAC-100Vコンセントから抜く事で回復する場合も有ります。この場合でも一瞬抜いただけでは内部のキャパシタ(電解コンデンサなど)に溜まった電力でしばらくは動作し続けますので、数分~数十分程度放置する必要が有る場合もあります。
 このピンからは、簡単に言うとPWR_ON#でスイッチを入れてから0.5秒くらいすると+2.4V~+5V程度の信号電圧(TTLのHiレベル信号)が出てきます。厳密に言うと、各電圧(+3.3V/+5V/+12V)が規定された電圧範囲の95%に達した時を起点として100ms(ミリ秒)~500ms後(EPS系電源は200ms~1000ms、AT電源は100ms~2000ms、WTX電源はATX系電源と同じ100ms~500ms)のタイミングでハイレベルにアサート(つまり+5Vの電気が流れる)されます。この100ms~500msといった値が範囲外の場合には電源故障が疑われます。この時間を簡易チェックするツール「Power Supply Tester3」が市販されています。

PowerGood または PG または PC
 上記のPWR_OKと同じ物です。
 AT電源のPowerGood線はケーブル色がオレンジです。

+5Vsb / +5VSB / +5VSB / +5VAUX
(WTX系電源のみAUXとも呼ばれ、ATX系電源のAUXコネクタとは全く別物です)

 5Vのスタンバイ電源です。ケーブル色は基本的に
 主電源のON/OFFとは無関係に、基本的にはAC-100Vコンセントにつながっている間は流れ続けます。(但し電源ユニットのACコンセントコード取り付けコネクタに併設されているスイッチを切った場合にはスタンバイ電源も切れるのが本来の動作です)
 スタンバイ電源は、主に主電源のコントロールやリモコン、USB電源、WOL、OSのスタンバイモードでDRAMデータ保持、BIOS/UEFI設定の保持などの機能で利用されます。
 USBは5Vなので変圧は不要ですが、PCI Rev2.2以降やPCI-Expressの規格ではスロットに+3.3Vのスタンバイ電源ピンが定められていますので、これらのスロットを搭載するマザーボードは+5Vsb電源から降圧回路を使って+3.3Vに変換した電源をスロットの当該ピンへ供給する必要があります、また、OSのスタンバイモードでメモリを保護する場合、DRAM用の電源を5Vから降圧しますので、スタンバイモードに対応したマザーボードでは5Vsbからの降圧回路を搭載しています。これらの降圧回路の変換効率が悪いと待機電力が多くなってしまい無風状態で発熱したり、電源故障の原因に成ったりします。
 5VsbはBIOS/UEFIの設定内容を保存したCMOS/NVRAMのデータ保持にも利用されていますので、AC100Vを完全に切ってしまうとマザーボードに搭載されたボタン電池の減りが早くなってしまい、BIOS/UEFIの設定内容が失われてしまうかもしれませんので注意が必要です。

-12V
 マイナス12Vの電圧、ケーブル色は基本的に
 これは、パラレルポートやPCIオーディオカードで利用される様で、最近は用途が無くなりつつあります。
 PCIやPCI-Xの規格では-12V電源ピンが決められていますが、PCI-Expressには既に有りません。
 マイナスって何?と思う方も居ると思いますが、電圧とは常に相対的な物ですから、上記のGNDやCOMの電位ゼロに対するマイナスの位置づけと言う事に成ります。

-5V
 マイナス5Vの電圧、ケーブル色は基本的に白。
 AT電源や、初期のATX電源にありましたが、ISAスロットと共に規格からも削除されました。
 つまり、ISAスロットには-5V電源ピンが有りましたが、PCIスロットには-5V電源ピンは有りません。
 ISAスロットを搭載したマザーボードの中には、-5Vが供給されていないと起動を中断する物が有る様ですから、前世紀のPC用電源を修理交換する場合には-5Vにも配慮する必要が有るかもしれません。

+5V / +5VDC / DC5V
 5Vです・・・、ケーブル色は基本的に
 TTL回路(昔ながらのトランジスタを利用したデジタル回路)を動作させる場合にPCでは一般的に5Vが使われます。
 古いPCIカードやISAカードでは+5Vを主に利用している製品が多い様です。

+3.3V / +3.3VDC / DC3.3V
 3.3Vです・・・、ケーブル色は基本的にオレンジですが、AT電源の場合はが使われている場合が有ります。
 3.3VはCMOS回路(トランジスタに代わりMOSFET等を利用した低消費電力のデジタル回路)の基準に成る電圧として広く利用されています。
 PCでは486DX4Pentiumの電源として利用され、同時期に規格化されたPCIスロットにも採用され広く普及した電圧です。
 PCIスロットは規格上Rev2.1までは+3.3V電源供給が任意ですがRev2.2以降は必須で、形状によって電源電圧と信号電圧が異なります
 PCI-Expressの規格上は、スロットのピンに+12Vと+3.3V電源ピンが定められています。
 最近の傾向としては、+3.3Vを使わずに+12Vから降圧した1~2V程度の電圧で回路を稼動させていますがスロットの信号ピンは+3.3Vが基準電圧なのでスロットを経由する信号の生成に+3.3Vを利用しているケースが多いと思われます。

+3.3VS / +3.3VSense / +3.3VDefaultSense / +3.3VRemoteSense
 +3.3Vの電圧検出、ケーブル色は基本的に
 低電圧を供給する場合、電源ケーブルが長いと電圧降下や負荷変動などで設定した電圧が思うように到達出来ない事が有りますが、それを回避する目的で、実際にその電圧を必要とする場所での電圧をセンサーで検出しようという物で、リモートセンシングと言われる物です。
 WTX電源には+5V用のセンサ端子も決められていますが、ATX系電源では+3.3Vのみで、かつオプション扱いです。メインコネクタの11pin(20Pinコネクタの場合)や13pin(24pinコネクタの場合)が茶色の場合には、その電源ユニットは、このセンサー機能を搭載しています。EPS系電源には(SMBusと共有)の専用コネクタが別途用意されていますが規格上はオプション扱いです。
 これは最新の規格書/デザインガイドには掲載されているのかもしれませんが、EPS12Vの1200W電源で+5Vsenseが21pinに赤白ストライプ、+12Vsenseが10pinに黄黒ストライプでそれぞれ配線してある電源が筆者の手元に有ります。残念ながらEPS12Vの規格書/デザインガイドは2004年のVer2.92以降のドキュメントが手元に無い為、規格通りなのか調べる術がありません・・・
 
SenseR / SenseReturn
 上記のリモートセンシング専用のGND/COM端子。ケーブル色は基本的にまたは黒のストライプ
 WTX系及びEPS系電源規格で定義されていますが、AT/ATX系電源にはありません。

+12V / +12VDC / DC12V / +12V1 / +12V2 / +12V1DC / +12V2DC / +12Vio / +12Vdig / +12Vcpu・・・
 12Vです・・・、ケーブル色は基本的に黄色ですが、系統を見分ける目的で黄色と別の色のストライプになっているケースや白色のケースも有ります。
 元々は主にモータ駆動用の電力としてフロッピードライブやHDDモータ或いは冷却ファンの動力に利用されていましたが、現在ではCPUやGPUなどの低電圧回路用の電源として利用される量の方が多くなりました。
 そういった経緯も含め、PC電源と言っても多種多様な規格とバージョンが有り、系統別けされている物や、ノイズ許容範囲が系統により異なる規格まであります。
 例えば、EPS12V Ver2.92 では +12V1 ~ +12V5 まで+12Vだけで5系統の出力が定められ、それぞれの用途も決められています。
 他に、ATX12V Ver2.0 では +12V1 のリプルノイズ許容範囲が120mVですが、+12V2 は 200mV で、この取り決めはVer2.01で早速改定され両方とも120mVに変更されました。
 系統別けの意図は、短絡保護(ショートして爆発炎上する事を防止する)が目的だと筆者は思っていたのですが、どうやら240VAという安全保護の基準の様なものに対応する為だった様です。最近の傾向としては1系統に統一された製品が多く出回っています。
 この事も含め別の記事でも書きましたが、最近の傾向として、個々のパーツが自分の使いたい場面毎に12Vから目的の電圧へ降圧して利用する事が増えていますので、近い将来は+12Vだけの単純構造の電源に置き換わるかもしれません。

FAN-C / FAN-M
 WTX系電源で利用可能な電源ファンの管理用端子です。ATX系電源にも通常のファンコネクタ形状の物が付いている事が有り(デザインガイドにも記載が有り)ます。
 FAN-C は、ファンコントロール
 FAN-M は、ファンモニタ
 この2つは電源モジュール内蔵のファンに関する物です。接続しない場合は電源モジュール内部で独自にコントロールされます。ファンモニタを接続した場合、BIOS画面やモニタツールで電源ファンの回転数を見る事が出来ます。

SMBus Clock / SMBus Data / SMBus Alert
 EPS系電源で利用可能な電源管理用P2P通信端子です。
 ACPIと併せて高度な電源管理を行う場合にマザーボードと電源モジュール間でP2P通信をする為に利用されます。
 
ケーブルの色に付いて
 規格には「Blue」や「Orange」の様に色の名前のみ書かれておりまして、厳密に色が決まっている訳ではありませんので、例えば紫にしても製品によっては限りなく青に近い紫だったり、ピンク色っぱい紫だったりします。それに全く異なる配色・・・例えばマイナス5Vは本来白色ですが淡い青色が入っていたり、もっと凄いのはDP400専用電源などは滅茶苦茶な配色になっていたりしますので、安易に色のみで判断すると失敗するかもしれません。

ショート/短絡保護
 全ての出力は 0.1Ω 以下をショートと判断して保護回路が働く様にと電源モジュールのデザインガイド(Power Supply Design Guide for Desktop Platform Form Factors Revision 1.2 February 2008)に書いてありますので規格適合をうたう電源ユニットであれば短絡保護機能が付いている筈です。
 従いまして、オームの法則を使って逆算しますと、12Vでは最大120A=1440Wが規格上の1系統で出力可能な最大電力と言う事に成るかと思います。3.3Vですと33A、5Vですと50Aで短絡保護回路が働きます。もっとも最大出力がこれを上回る電源はまず無いかと思われます(例外的にDP400専用電源は3.3Vが45A-Maxだったりします・・・)が、昔のデザインガイドにはこの記述が有りませんから昔の製品では短絡保護がどうなっているかは全く判りません。

時代の移り変わり
 パソコンのデジタル回路で利用される電源電圧は、
 +5V(TTL) -> +3.3V(CMOS) -> +12V(分散オンボード電源)
 の順で主役が移り変わり、その互換性を引きずる形でPC電源に3種の電圧が定着した様です。
 1990年代の中頃までは+5Vが中心で、2000年前後で+3.3Vに主役が移り、回路の低電圧化に伴い多種多様な電源電圧が必要になってきた事から、+12Vを元にして利用する部品のそばで小型の降圧回路を使って必要な電圧に下げてから利用する事が多くなってきました。
 その代表例がCPU用の+12V-4pin/8pinコネクタや、GPU用の+12V-6pin/8pinコネクタで、CPUやGPUの周辺まで来た+12Vの電源を直近でCPUやGPUに必要な電源電圧に下げて利用しています。
 デジタル機器の設計で重要なのが、回路設計と伴に、この降圧回路をいかに小型かつ高効率にするかといった事にもなっているようで、デジタル回路設計にはデジタル回路の知識だけで十分なのですが、降圧回路はアナログ回路設計の知識が主に必要な為に難易度が高く、リファレンス設計を踏襲した製品が多い事の一因ではないかと思われます。

CPU電源電圧の推移:
 Socket1 ~ 2 (486 ~ DX2) 5V 6.3W
 Socket3 (486DX4) 3.3V 5.2W
 Socket4 (初代Pentium用) 5V 17W@66MHz
 Socket5 (中盤Pentium用) 3.3V 17W@200MHz
 Socket7 (MMXPentium/K6など) 2.0V ~ 2.8V(CPU用の降圧回路が必要に)
 PentiumIII(Coppermine) 1.65V 35W@1GHz (この頃は5Vから降圧していた)
 Pentium4(Northwood) 1.5V 90W@3GHz (CPU用+12V4Pin追加)
 Core2Duo(Wolfdale) 0.85~1.36V 65W@3GHz/2Core
 XEON(Nehalem-EP) 0.75V–1.35V 95W@3GHz/4Core (CPU用+12V8Pin)
 XEON(Westmare-EP) 0.75V–1.35V 95W@3GHz/6Core
 XEON(SandyBridge-EP) 0.6V–1.35V 115W@3GHz/8Core
 XEON(IvyBridge-EP) 0.65V–1.3V 130W@3GHz/12Core

拡張スロット電源電圧の推移:
 ISA 電源電圧+12V/-12V/+5V/-5V 信号電圧+5V
 PCI 電源電圧+12V/-12V/+5V/+3.3V 信号電圧+5V/+3.3V
 PCI-Express 電源電圧+12V/+3.3V 信号電圧+3.3V

I/O電源電圧の推移:
 RS-232C -12V /+12V (規格上の最大 -25V / +25V )
 PS/2 +5V
 USB +5V ( +4.4V ~ +5.2V )
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プロフィール

DualSocketTheWorld

Author:DualSocketTheWorld
自作を始めて20台目くらいになりますが、最初からデュアルソケット限定(始めた当時はデュアルスロット)で自作しており、近年になってAMD K6を試したくなりSocket7でK6-2+のシングル構成で組んだのがシングル初です。

シングルマザー(含:シングルソケットマルチコア)や4ソケット以上の自作は基本的にしませんし、メーカー製PCの改造も基本的にはしません(ノートPCのSSD化くらいはしますが・・・)

基本路線はワークステーションと呼ばれる分野での自作で、OSもWindows系であればProfesionalが主な対象に成ります。

ゲーマーの様なOverClockは行わず、WS路線としてハイエンドCPUとハイエンドGPUの組み合わせで定格或いはDownClockで発熱を抑えつつ、その時のアーキテクチャに置いて爆速かつ静音を目指し、30年以上の長期に渡り稼動状態をキープする事を目指します。

※基本的にリンクフリーです。どこでも自由にどうぞ。

※画像は時々変ります。

※お決まりの文章ですが、改造は個人の責任で行ってください。ここに記載された情報は間違いを含んでいる可能性が有り、それを元に製作や改造などをして失敗しても筆者は一切責任持てませんので悪しからず。

筆者略歴:
小学生時代にゴミ捨て場で拾ったジャンクテレビ数台を分解して部品を取り出し真空管アンプを自作、中学生時代にPC8801mkⅡsrでZ80アセンブラを始める。社会人になって初のプログラムは弾道計算、後に医療系・金融系プログラマ~SEを経て100~200人規模プロジェクトのジェネラルマネジャを数年経験、独立して起業。現在は不動産所得で半引退生活。
(人物特定を避ける目的で一部経歴を変更しています)

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