Блок питания для чего он нужен. Охлаждение блока питания
Приветствую, уважаемые читатели. Столкнулся с такой проблемой: с недавнего времени мой компьютер стал тормозить. И это совпало как раз с понижением напряжения в электрической сети. А заметил я это по накалу ламп освещения. Так что все подозрения на вирусы и прочие неполадки я сразу отбросил.
Просто мой старенький блок питания не стал справляться, ему не хватало сил вытянуть напряжения до нужного уровня. Вот отсюда и пошли проблемы с системой. И в этой статье я поделюсь с вами некоторыми мыслями о блоках питания в компьютере.
Казалось бы, маленький компонент системного блока (это же не видеокарта), зачем ему уделять целую статью? Все просто: очень многие не относятся с должным «уважением» к источнику питания своего ПК, что приводит к неприятным последствиям. Поэтому давайте разбираться, зачем нужен блок питания в компьютере и как правильно его выбрать.
Что собой представляет блок питания и для чего служит
Блок питания (он же БП) – источник питания в , который отвечает за обеспечение энергией остальных компонентов. От БП во многом зависит долговечность и стабильность работы всей системы. Помимо этого, компьютерный блок питания препятствует потере информации с персонального компьютера, предотвращая скачки энергии.
Уверен, известно каждому человеку мало-мальски знакомому с техникой, что работает от розетки. Однако далеко не каждый пользователь в курсе, что компоненты системы не могут получать энергию напрямую.
Вот так плавно мы подошли к самому интересному: для чего нужен блок питания в ПК. По двум причинам:
- Во-первых, ток в электросети переменный, что очень «не нравится» компьютерам. Блок питания делает ток постоянным, исправляя положение;
- Во-вторых, каждый компонент ПК, да и ноутбука, требует различного напряжения. И вновь на помощь приходит БП, выдавая процессору и видеокарте необходимый ток.
Выбираем блок питания для компьютера
Конечно, куда интереснее выбирать для своего «товарища» дорогую видеокарту или внешний , чем БП. Поэтому этот компонент часто покупается не в первую очередь, и так сказать, на последние деньги. Однако следует понимать: модель, у которой низкая мощность, может не потянуть современную видеокарту. Но не расстраивайтесь – БП не так уж много стоит. Итак, я расскажу вам, на что обратить внимание при покупке, а вы уже решите, какой выбрать.
Мощность
Первое, на что следует обратить внимание– мощность модели. Выбирать её следует исходя из личных потребностей и остального «железа». Если у вас персональный компьютер офисного типа (слабые компоненты, задачи сводятся к работе с текстовыми редакторами и серфингу в Сети), то достаточно модели на 300 - 400 Ватт. Стоят они довольно дёшево, поэтому наиболее популярны на рынке. А вот любителям «погонять» в современные игры придётся раскошелиться на более дорогой БП, который сможет потянуть все ваше «железо». Не помешает еще и прикупить.
Как узнать, какая нужна мощность? К счастью пользователей, сегодня в интернете полно сервисов, которые помогут сделать расчёт, чтобы определить необходимую мощность для ваших компонентов. Рассчитать можно и самостоятельно, не так уж это и сложно. Достаточно сложить мощность всех компонентов вашей системы: материнская плата (50-100 Ватт); процессор (65-125 Ватт); видеокарта (50-200 Ватт); жёсткий диск (12-25 Ватт); ОЗУ (2-5 Ватт). Рекомендуется к получившемуся числу добавить 30% на случай перегрузок. Дерзайте!
КПД
Этому очень важному моменту частенько пользователи-новички не уделяют внимание. А надо бы. От коэффициента полезного действия зависит долговечность блока питания, а также расход электроэнергии. Дело в том, что БП принимает определённое количество энергии, но отдаёт уже меньшее, теряя часть. Производители решили эту проблему, разделив модели по классам: дорогие – более эффективные, дешёвые – будьте добры мириться с потерей энергии. Такая классификация осуществляется при помощи специальных наклеек: Bronze, Silver, Gold, Platinum (от лучшего к худшему).
Разъёмы
Итак, до подключения БП ещё далеко – определяемся с разъёмами. Здесь советов быть не может, особенно если вы уже выбрали основные компоненты для системы. Выбирайте набор разъёмов, отталкиваясь остального «железа». Если вы решили уделить блоку больше внимания, купив его в первую очередь, то присмотритесь к последним моделям, которые получили современные порты. Конечно, если финансы позволяют.
Стандартный набор разъёмов сегодня выглядит следующим образом: разъем для подключения материнской платы (24-пиновый), питание процессора (4-пиновый), оптические приводы и жёсткие диски (15-контактные SATA), питание видеокарты (хотя бы один 6-пиновый). Учтите, что если у вас очень старая система, то этот набор разъёмов может не подойти. Да и найти БП для устаревших компонентов очень проблематично.
Защита
Сталкиваясь с различными сбоями и проблемами, производители постепенно наделяли свой продукт всевозможной защитой от неблагоприятных воздействий. Сегодня список таких функций включает десятки наименований. Найдите на коробке или в приложенной инструкции, от чего защищена модель (скачки напряжения, сбои и так далее). Больше функций – лучше.
Шум и охлаждение
Да-да, эти характеристики взаимосвязаны. Маломощный БП греется не сильно, поэтому и система охлаждения у него состоит из небольшого вентилятора. Покупая модель для игровой системы, можете быть уверены, что нагреваться он будет не хуже печки (исключение – дорогие блоки известных производителей). Никуда не денешься и от шума, который издаёт мощный БП вкупе с остальными компонентами.
Современные производители предлагают модели с вентиляторами разного размера, самый распространённый – 120 мм. Есть ещё блоки на 80 мм и 140 мм. В первом варианте – сильный шум и слабое охлаждение, во втором – сложная замена вентилятора в случае выхода из строя.
Это всё. Есть, конечно, ряд других параметров, на которые эксперты обращают при выборе блока питания, но учитывать их стоит, если покупаете модель для сложных (редких) задач. В остальных случаях - сборка домашнего ПК - и наших советов будет достаточно.
Цены
Сегодня производители предлагают огромное количество блоков питания по самым разным ценам. Хотите сэкономить? Не вопрос, модели для офисной системы можно купить в районе 25-35 долларов. Добавляем ещё 25 долларов и у нас неплохой БП на 700 Ватт. Модели для мощных игровых систем могут стоить 250 долларов и выше.
Подключаем
Купить – купили, но ведь не для того, чтобы на полке лежал. Теперь его необходимо подключить. Самый простой вариант, если вы совсем не разбираетесь в компьютерах – друг, который сделает все за несколько минут. А если вы сами хотите собрать свою систему, то ждите новую статью, в которой мы подробно разберём подключение блока питания. На самом деле, сложного ничего нет. Главное – не пытайтесь впихнуть кабель в разъем, если он не хочет влезать.
Читайте другие интересные статьи в блоге, делитесь с друзьями. Удачи!
Дорогой читатель! Вы посмотрели статью до конца.
Получили вы ответ на свой вопрос? Напишите в комментариях пару слов.
Если ответа не нашли, укажите что искали .
В составе компьютера важным элементом является блок питания. Именно благодаря ему энергией обеспечиваются все компоненты, которые входят в системный блок. Для своего ПК следует приобретать только качественный БП. В этом случае он обеспечит стабильное снабжение энергией всех компонентов компьютера, а помимо этого, прослужит долго.
Если владелец сэкономил и приобрёл недорогой блок питания, то это приведет к тому, что при использовании ПК его работа будет нестабильной. Самое плохое, что может случиться — материнская плата и процессор выйдут из строя. Поэтому для своего компьютера следует приобретать только качественный компонент.
Для чего нужен блок питания?
Блок питания представляет собой источник питания, который снабжает энергией все компоненты, входящие в состав системного блока. Именно от БП во многом зависит, насколько долговечной и стабильной при использовании будет система. Помимо этого, благодаря ему:
- исключаются потери информации с компьютера;
- предотвращаются скачки энергии.
Особенность системного блока заключается в том, что напрямую от розетки его компоненты не могут получать энергию. Именно поэтому в составе каждого ПК используется источник питания. Его устанавливают сразу по нескольким причинам:
- в электрической сети преобладает переменный ток, а компонентам компьютера необходим постоянный. Преобразование тока обеспечивает БП. Это устройство меняет переменный ток на постоянный, при этом компоненты «машины» получают энергию с нужным напряжением;
- для каждого устройства, входящего в состав компьютера, требуется напряжение определенной величины. Здесь снова помогает БП, который выдает ток необходимой величины на видеокарту, процессор и другие компоненты компьютера.
Как выбрать блок питания для компьютера?
Когда человек приобретает для себя компьютер, основное внимание обращается на процессор, видеокарту и жесткий диск. Предпочтение отдается мощным, а, следовательно, дорогим компонентам. Это приводит к ситуации, когда на БП, который обычно выбирается в конце, не остается денег. Поэтому приобретается самая простая модель
.
Если у вас не хватило денег на хорошую модель и вы приобрели компонент с небольшой мощностью, то дорогую карту, которую вы установили в свой компьютер, БП с малой мощностью просто может не потянуть. Поэтому чтобы работа вашего компьютера была стабильной, следует ориентироваться на мощность компонентов, которые установлены в вашем ПК. При подборе устройства следует обращать внимание на множество характеристик этого компонента. Самые значимые будут перечислены ниже.
Мощность
Главный момент при подборе хорошей модели БП для компьютера — мощность . Здесь следует отталкиваться от личных потребностей, а также ориентироваться на мощность компонентов, которые установлены в компьютере. Если у вас ПК, который используется для решения офисных задач, то в этом случае будет вполне достаточно модели с мощностью 300-400 Вт. Такой компонент можно легко найти в любом магазине. Подобные модели в магазинах предлагаются недорого, поэтому покупка нужного устройства не обернется для вас большими тратами.
Если же вы подбираете БП для игрового компьютера, тогда придется серьезно потратиться. Нелишним будет докупить дополнительно к БП и устройство бесперебойного питания. Для расчета мощности устройства, которое подойдет для вашей «машины», можно воспользоваться калькулятором расчёта мощности БП. Проведя расчеты, вы сможете узнать, БП какой мощности будет для вас оптимальным выбором.
КПД
Эта характеристика очень важна, хотя многие новички на неё особого внимания не обращают. Следует знать, что именно от КПД блока питания во многом будет зависеть продолжительность срока службы устройства
, а также расход энергии. Всё дело в том, что при работе он принимает определенное количество энергии, но отдает гораздо меньше. Это происходит по той причине, что часть энергии теряется. Но эта проблема была решена производителями, которые разделили все модели БП по классам.
Дорогие устройства являются более эффективными, а дешёвые компоненты теряют энергию, поэтому тратя на покупку модели небольшие средства, владельцу придётся смириться с таким недостатком. Классификация этих устройств по уровню КПД осуществляется посредством наклеек Bronze, Silver, Gold, Platinum.
Разъемы
Чтобы правильно выбрать компонент для стабильного энергоснабжения ПК, следует обращать внимание на разъемы . Определенных рекомендаций в этом случае быть не может, особенно если основные компоненты своего системного блока вы уже подобрали. При подборе набора разъёмов следует отталкиваться от остального железа, которое будет присутствовать в вашем компьютере.
Если же при сборке компьютера вы решили в первую очередь выбрать БП, то рассматривать следует последние модели, которые имеют современные порты. Однако покупателю при подборе модели следует ориентироваться на свои финансовые возможности. Если говорить о стандартном наборе разъемов для источника питания, то в его состав входят следующие:
- разъем для подключения материнской платы 24-пиновый;
- питание процессора, 4-пиновый разъем;
- 15-контактный SATA для питания оптических приводов и жёстких дисков;
- 6-пиновый разъем для питания видеокарты.
Во внимание следует принимать, что если у вас старая система, то приобретая новый БП, набор разъемов может не подойти. Да и к тому же довольно серьезной проблемой является подыскать компонент для питания устаревших компонентов.
Защита
Возникавшие при работе БП сбои заставили производителей совершенствовать этот компонент
. В результате эти устройства приобрели различные типы защиты от неблагоприятных воздействий. Сегодня в списке функций, которые обеспечивают защиту компонентов при работе, входят различные режимы. Перед покупкой следует обратить внимание на коробку и внимательным образом ознакомиться с инструкцией, в которой можно найти, от чего защищена модель: скачки напряжения, сбой и т.д. Чем больше защитных функций имеется у выбранной модели, тем более надежной и удобной она будет в работе.
Шум и охлаждение
Между собой эти две характеристики тесно взаимосвязаны. Если устройство имеет небольшую мощность, то нагревается не сильно, поэтому система охлаждения у него представлена только вентилятором небольшого размера.
Когда выбирается блок питания для игрового компьютера , то можно не сомневаться, что по нагреву его вполне можно будет сравнить с обычной печкой. Единственным исключением являются дорогие модели блоков питания от известных компаний. При использовании мощного устройства возникает серьёзный шум, который исходит не только от него, но и от других мощных компонентов, присутствующих в системном блоке.
Современные производители предлагают в настоящий момент модели блоков питания, которые снабжены вентиляторами, различающимся по своему размеру. Самым распространенным вариантом кулеров является 120мм. Также блоки питания оснащаются вентиляторами 80 и 140 мм. Первый вариант отличается сильным шумом. При работе он обеспечивает слабое охлаждение. У второго главным недостатком является сложность замены вентилятора, когда кулер вышел из строя.
Столько стоит хороший блок питания?
Купить качественный блок питания сегодня не представляет большой проблемы. В торговых сетях, предлагающих компьютеры и комплектующие, можно подобрать подходящую модель. В зависимости от производителя, цена на этот компонент будет различаться. Наряду с производителем, значение имеет и мощность .
Самый недорогой компонент для офисного ПК стоит 1 500-3 000 рублей. Если же вам необходим элемент для игрового ПК, то нужную модель следует выбирать из устройств в ценовой категории от 7 000 рублей.
Расчёт мощности блока питания
Для того чтобы БП работал надежно и обеспечивал удобную работу за компьютером, необходимо при подборе этого компонента заранее рассчитать оптимальную мощность
. Для того чтобы определить её правильно, в интернете на специализированных ресурсах можно найти калькулятор для расчёта мощности блока питания. Однако такой вариант не для всех является оптимальным. Многие используют простую математику при определении нужной характеристики. Сам способ заключается в том, чтобы подсчитать суммарное энергопотребление компонентов, которые присутствуют в системном блоке.
Сложив все значения, можно получить мощность БП, который обеспечит стабильную работу «машины». При выборе блока питания следует знать, что максимальная мощность у выбранного устройства должна быть больше суммарного энергопотребления всех компонентов, входящих в состав системы.
Обычно потребляемая мощность у компонентов , присутствующих в составе ПК, следующая:
- процессор. Он потребляет 50-120 Вт. Следует понимать, что чем более мощный чип стоит в вашем компьютере, тем больше будет потребление энергии;
- . Она расходует 15-30 Вт. Её энергопотребление возрастает с увеличением функций;
- видеокарта. Она требует 60-300 Вт;
- оперативная память. Расход энергии у этого компонента составляет 15-60 Вт.
- жёсткий диск. Он потребляет энергию в таком же количестве, что и оперативная память. Однако здесь всё зависит от его характеристик, а также нагрузки, приходящейся на него.
- CD-DVD привод. Этот компонент системного блока расходует 10-25 Вт. Здесь всё зависит от максимальной скорости вращения дисков, а также режима работы;
- звуковая карта. Этот элемент системного блока требует энергии в количестве 5-50 Вт;
- вентиляторы. Для работы одного кулера требуется 1-2 Вт. Здесь всё зависит от скорости вращения, а также количества вентиляторов и их габаритов.
Заключение
Жизнь современного человека невозможна без ПК. Он используется для работы и развлечений. Стабильная работа компьютера зависит от блока питания
. Этот компонент обеспечивает энергоснабжение всех элементов системного блока. Чтобы «машина» служила долго, нужен качественный БП от известной компании. Используя его в составе компьютера, будут исключены сюрпризы при использовании машины в виде неожиданных сбоев в работе. Для того чтобы не ошибиться с выбором, стоит узнать про лучшие блоки питания для компьютеров.
Сколько стоит хороший блок питания? Здесь все зависит от того, какой у вас ПК. Для офисного компьютера хорошим выбором будет компонент по цене 1 500 — 3 000 рублей, а для игрового следует искать модель в ценовой категории от 7 000 рублей. Подобрав надежное устройство, ваш компьютер будет работать стабильно, а его компоненты порадуют вас длительным сроком службы.
Во всех современных компьютерах используются блоки питания стандарта ATX. Ранее использовались блоки питания стандарта AT, в них не было возможности удаленного запуска компьютера и некоторых схемотехнических решений. Введение нового стандарта было связано и с выпуском новых материнских плат. Компьютерная техника стремительно развивалась и развивается, поэтому возникла необходимость улучшения и расширения материнских плат. С 2001 года и был введен этот стандарт.
Давайте рассмотрим, как устроен компьютерный блок питания ATX.
Расположение элементов на плате
Для начала взгляните на картинку, на ней подписаны все узлы блока питания, далее мы кратко рассмотрим их предназначение.
А вот схема электрическая принципиальная, разбитая на блоки.
На входе блока питания стоит фильтр электромагнитных помех из дросселя и ёмкости (1 блок). В дешевых блоках питания его может не быть. Фильтр нужен для подавления помех в электропитающей сети возникших в результате работы .
Все импульсные блоки питания могут ухудшать параметры электропитающей сети, в ней появляются нежелательные помехи и гармоники, которые мешают работе радиопередающих устройств и прочего. Поэтому наличие входного фильтра крайне желательно, но товарищи из Китая так не считают, поэтому экономят на всём. Ниже вы видите блок питания без входного дросселя.
Дальше сетевое напряжение поступает на , через предохранитель и терморезистор (NTC), последний нужен для зарядки фильтрующих конденсаторов. После диодного моста установлен еще один фильтр, обычно это пара больших , будьте внимательны, на их выводах присутствует большое напряжение. Даже если блок питания выключен из сети следует предварительно их разрядить резистором или лампой накаливания, прежде чем трогать руками плату.
После сглаживающего фильтра напряжение поступает на схему импульсного блока питания она сложная на первый взгляд, но в ней нет ничего лишнего. В первую очередь запитывается источник дежурного напряжения (2 блок), он может быть выполнен по автогенераторной схеме, а может быть и на ШИМ-контроллере. Обычно - схема импульсного преобразователя на одном транзисторе (однотактный преобразователь), на выходе, после трансформатора, устанавливают линейный преобразователь напряжения (КРЕНку).
Типовая схема с ШИМ-контроллером выглядит примерно так:
Вот увеличенная версия схемы каскада из приведенного примера. Транзистор стоит в автогенераторной схеме, частота работы которой зависит от трансформатора и конденсаторов в его обвязке, выходное напряжение от номинала стабилитрона (в нашем случае 9В) который играет роль обратной связи или порогового элемента который шунтирует базу транзистора при достижении определенного напряжения. Оно дополнительно стабилизируется до уровня 5В, линейным интегральным стабилизатором последовательного типа L7805.
Дежурное напряжение нужно не только для формирования сигнала включения (PS_ON), но и для питания ШИМ-контроллера (блок 3). Компьютерные блоки пиатния ATX чаще всего построены на TL494 микросхеме или её аналогах. Этот блок отвечает за управление силовыми транзисторами (4 блок), стабилизацию напряжения (с помощью обратной связи), защиту от КЗ. Вообще 494 - это используется в импульсной технике очень часто, её можно встретить и в мощных блоках питания для светодиодных лент. Вот её распиновка.
Если вы планируете использовать компьютерный блок питания, например, для питания светодиодной ленты, будет лучше, если вы немного нагрузите линии 5В и 3.3В.
Заключение
Блоки питания ATX отлично подходят для питания радиолюбительских конструкций и как источник для домашней лаборатории. Они достаточно мощные (от 250, а современные от 350Вт), при этом можно найти на вторичном рынке за копейки, также подойдут и старые модели AT, для их запуска нужно лишь замкнуть два провода, которые раньше шли на кнопку системного блока, сигнала PS_On на них нет.
Если вы собрались ремонтировать или восстанавливать подобную технику, не забывайте о правилах безопасной работы с электричеством, о том, что на плате есть сетевое напряжение и конденсаторы могут оставаться заряженными долгое время.
Включайте неизвестные блоки питания через лампочку, чтобы не повредить проводку и дорожки печатной платы. При наличии базовых знаний электроники их можно переделать в мощное зарядное для автомобильных аккумуляторов или . Для этого изменяют цепи обратной связи, дорабатывают источник дежурного напряжения и цепи запуска блока.
Линейный и импульсный источники питания
Начнем с основ. Блок питания в компьютере выполняет три функции. Во-первых, переменный ток из бытовой сети электропитания нужно преобразовать в постоянный. Второй задачей БП является понижение напряжения 110-230 В, избыточного для компьютерной электроники, до стандартных значений, требуемых конвертерами питания отдельных компонентов ПК, - 12 В, 5 В и 3,3 В (а также отрицательные напряжения, о которых расскажем чуть позже). Наконец, БП играет роль стабилизатора напряжений.
Есть два основных типа источников питания, которые выполняют перечисленные функции, - линейный и импульсный. В основе простейшего линейного БП лежит трансформатор, на котором напряжение переменного тока понижается до требуемого значения, и затем ток выпрямляется диодным мостом.
Однако от БП требуется еще и стабилизация выходного напряжения, что обусловлено как нестабильностью напряжения в бытовой сети, так и падением напряжения в ответ на увеличение тока в нагрузке.
Чтобы компенсировать падение напряжения, в линейном БП параметры трансформатора рассчитываются так, чтобы обеспечить избыточную мощность. Тогда при высоком токе в нагрузке будет наблюдаться требуемый вольтаж. Однако и повышенное напряжение, которое возникнет без каких-либо средств компенсации при низком токе в полезной нагрузке, тоже неприемлемо. Избыточное напряжение устраняется за счет включения в цепь неполезной нагрузки. В простейшем случае таковой является резистор или транзистор, подключенный через стабилитрон (Zener diode). В более продвинутом - транзистор управляется микросхемой с компаратором. Как бы то ни было, избыточная мощность просто рассеивается в виде тепла, что отрицательно сказывается на КПД устройства.
В схеме импульсного БП возникает еще одна переменная, от которой зависит напряжение на выходе, в дополнение к двум уже имеющимся: напряжению на входе и сопротивлению нагрузки. Последовательно с нагрузкой стоит ключ (которым в интересующем нас случае является транзистор), управляемый микроконтроллером в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Чем выше длительность открытых состояний транзистора по отношению к их периоду (этот параметр называется duty cycle, в русскоязычной терминологии используется обратная величина - скважность), тем выше напряжение на выходе. Из-за наличия ключа импульсный БП также называется Switched-Mode Power Supply (SMPS).
Через закрытый транзистор ток не идет, а сопротивление открытого транзистора в идеале пренебрежимо мало. В действительности открытый транзистор обладает сопротивлением и рассеивает какую-то часть мощности в виде тепла. Кроме того, переход между состояниями транзистора не идеально дискретный. И все же КПД импульсного источника тока может превышать 90%, в то время как КПД линейного БП со стабилизатором в лучшем случае достигает 50%.
Другое преимущество импульсных источников питания состоит в радикальном уменьшении габаритов и массы трансформатора по сравнению с линейными БП такой же мощности. Известно, что чем выше частота переменного тока в первичной обмотке трансформатора, тем меньше необходимый размер сердечника и число витков обмотки. Поэтому ключевой транзистор в цепи размещают не после, а до трансформатора и, помимо стабилизации напряжения используют для получения переменного тока высокой частоты (для компьютерных БП это от 30 до 100 кГц и выше, а как правило - около 60 кГц). Трансформатор, работающий на частоте электросети 50-60 Гц, для мощности, требуемой стандартным компьютером, был бы в десятки раз массивнее.
Линейные БП сегодня применяются главным образом в случае маломощных устройств, когда относительно сложная электроника, необходимая для импульсного источника питания, составляет более чувствительную статью расходов в сравнении с трансформатором. Это, к примеру, блоки питания на 9 В, которые используются для гитарных педалей эффектов, а когда-то - для игровых приставок и пр. А вот зарядники для смартфонов уже сплошь импульсные - тут расходы оправданны. Благодаря существенно меньшей амплитуде пульсаций напряжения на выходе линейные БП также применяются в тех областях, где это качество востребованно.
⇡ Общая схема блока питания стандарта ATX
БП настольного компьютера представляет собой импульсный источник питания, на вход которого подается напряжение бытовой электросети с параметрами 110/230 В, 50-60 Гц, а на выходе есть ряд линий постоянного тока, основные из которых имеют номинал 12, 5 и 3,3 В. Помимо этого, БП обеспечивает напряжение -12 В, а когда-то еще и напряжение -5 В, необходимое для шины ISA. Но последнее в какой-то момент было исключено из стандарта ATX в связи с прекращением поддержки самой ISA.
На упрощенной схеме стандартного импульсного БП, представленной выше, можно выделить четыре основных этапа. В таком же порядке мы рассматриваем компоненты блоков питания в обзорах, а именно:
- фильтр ЭМП - электромагнитных помех (RFI filter);
- первичная цепь - входной выпрямитель (rectifier), ключевые транзисторы (switcher), создающие переменный ток высокой частоты на первичной обмотке трансформатора;
- основной трансформатор;
- вторичная цепь - выпрямители тока со вторичной обмотки трансформатора (rectifiers), сглаживающие фильтры на выходе (filtering).
⇡ Фильтр ЭМП
Фильтр на входе БП служит для подавления двух типов электромагнитных помех: дифференциальных (differential-mode) - когда ток помехи течет в разные стороны в линиях питания, и синфазных (common-mode) - когда ток течет в одном направлении.
Дифференциальные помехи подавляются конденсатором CX (крупный желтый пленочный конденсатор на фото выше), включенным параллельно нагрузке. Иногда на каждый провод дополнительно вешают дроссель, выполняющий ту же функцию (нет на схеме).
Фильтр синфазных помех образован конденсаторами CY (синие каплевидные керамические конденсаторы на фото), в общей точке соединяющими линии питания с землей, и т.н. синфазным дросселем (common-mode choke, LF1 на схеме), ток в двух обмотках которого течет в одном направлении, что создает сопротивление для синфазных помех.
В дешевых моделях устанавливают минимальный набор деталей фильтра, в более дорогих описанные схемы образуют повторяющиеся (полностью или частично) звенья. В прошлом нередко встречались БП вообще без фильтра ЭМП. Сейчас это скорее курьезное исключение, хотя, покупая совсем дешевый БП, можно, все-таки нарваться на такой сюрприз. В результате будет страдать не только и не столько сам компьютер, сколько другая техника, включенная в бытовую сеть, - импульсные БП являются мощным источником помех.
В районе фильтра хорошего БП можно обнаружить несколько деталей, защищающих от повреждения само устройство либо его владельца. Почти всегда есть простейший плавкий предохранитель для защиты от короткого замыкания (F1 на схеме). Отметим, что при срабатывании предохранителя защищаемым объектом является уже не блок питания. Если произошло КЗ, то, значит, уже пробило ключевые транзисторы, и важно хотя бы предотвратить возгорание электропроводки. Если в БП вдруг сгорел предохранитель, то менять его на новый, скорее всего, уже бессмысленно.
Отдельно выполняется защита от кратковременных скачков напряжения с помощью варистора (MOV - Metal Oxide Varistor). А вот никаких средств защиты от длительного повышения напряжения в компьютерных БП нет. Эту функцию выполняют внешние стабилизаторы со своим трансформатором внутри.
Конденсатор в цепи PFC после выпрямителя может сохранять значительный заряд после отключения от питания. Чтобы беспечного человека, сунувшего палец в разъем питания, не ударило током, между проводами устанавливают разряжающий резистор большого номинала (bleeder resistor). В более изощренном варианте - вместе с управляющей схемой, которая не дает заряду утекать при работе устройства.
Кстати, наличие фильтра в блоке питания ПК (а в БП монитора и практически любой компьютерной техники он тоже есть) означает, что покупать отдельный «сетевой фильтр» вместо обычного удлинителя, в общем-то, без толку. У него внутри все то же самое. Единственное условие в любом случае - нормальная трехконтактная проводка с заземлением. В противном случае конденсаторы CY, соединенные с землей, просто не смогут выполнять свою функцию.
⇡ Входной выпрямитель
После фильтра переменный ток преобразуется в постоянный с помощью диодного моста - как правило, в виде сборки в общем корпусе. Отдельный радиатор для охлаждения моста всячески приветствуется. Мост, собранный из четырех дискретных диодов, - атрибут дешевых блоков питания. Можно также поинтересоваться, на какой ток рассчитан мост, чтобы определить, соответствует ли он мощности самого БП. Хотя по этому параметру, как правило, имеется хороший запас.
⇡ Блок активного PFC
В цепи переменного тока с линейной нагрузкой (как, например, лампа накаливания или электроплитка) протекающий ток следует такой же синусоиде, как и напряжение. Но это не так в случае с устройствами, имеющими входной выпрямитель, - такими как импульсные БП. Блок питания пропускает ток короткими импульсами, примерно совпадающими по времени с пиками синусоиды напряжения (то есть максимальным мгновенным напряжением), когда подзаряжается сглаживающий конденсатор выпрямителя.
Сигнал тока искаженной формы раскладывается на несколько гармонических колебаний в сумме с синусоидой данной амплитуды (идеальным сигналом, который имел бы место при линейной нагрузке).
Мощность, используемая для совершения полезной работы (которой, собственно, является нагрев компонентов ПК), указана в характеристиках БП и называется активной. Остальная мощность, порождаемая гармоническими колебаниями тока, называется реактивной. Она не производит полезной работы, но нагревает провода и создает нагрузку на трансформаторы и прочее силовое оборудование.
Векторная сумма реактивной и активной мощности называется полной мощностью (apparent power). А отношение активной мощности к полной называется коэффициентом мощности (power factor) - не путать с КПД!
У импульсного БП коэффициент мощности изначально довольно низкий - около 0,7. Для частного потребителя реактивная мощность не составляет проблемы (благо она не учитывается электросчетчиками), если только он не пользуется ИБП. На бесперебойник как раз таки ложится полная мощность нагрузки. В масштабе офиса или городской сети избыточная реактивная мощность, создаваемая импульсными БП уже значительно снижает качество электроснабжения и вызывает расходы, поэтому с ней активно борются.
В частности, подавляющее большинство компьютерных БП оснащаются схемами активной коррекции фактора мощности (Active PFC). Блок с активным PFC легко опознать по единственному крупному конденсатору и дросселю, установленным после выпрямителя. В сущности, Active PFC является еще одним импульсным преобразователем, который поддерживает на конденсаторе постоянный заряд напряжением около 400 В. При этом ток из питающей сети потребляется короткими импульсами, ширина которых подобрана таким образом, чтобы сигнал аппроксимировался синусоидой - что и требуется для имитации линейной нагрузки. Для синхронизации сигнала потребления тока с синусоидой напряжения в контроллере PFC имеется специальная логика.
Схема активного PFC содержит один или два ключевых транзистора и мощный диод, которые размещаются на одном радиаторе с ключевыми транзисторами основного преобразователя БП. Как правило, ШИМ-контроллер ключа основного преобразователя и ключа Active PFC являются одной микросхемой (PWM/PFC Combo).
Коэффициент мощности у импульсных блоков питания с активным PFC достигает 0,95 и выше. Кроме того, у них есть одно дополнительное преимущество - не требуется переключатель сети 110/230 В и соответствующий удвоитель напряжения внутри БП. Большинство схем PFC переваривают напряжения от 85 до 265 В. Кроме того, снижается чувствительность БП к кратковременным провалам напряжения.
Кстати, помимо активной коррекции PFC, существует и пассивная, которая подразумевает установку дросселя большой индуктивности последовательно с нагрузкой. Эффективность ее невелика, и в современном БП вы такое вряд ли найдете.
⇡ Основной преобразователь
Общий принцип работы для всех импульсных БП изолированной топологии (с трансформатором) один: ключевой транзистор (или транзисторы) создает переменный ток на первичной обмотке трансформатора, а ШИМ-контроллер управляет скважностью их переключения. Конкретные схемы, однако, различаются как по количеству ключевых транзисторов и прочих элементов, так и по качественным характеристикам: КПД, форма сигнала, помехи и пр. Но здесь слишком многое зависит от конкретной реализации, чтобы на этом стоило заострять внимание. Для интересующихся приводим набор схем и таблицу, которая позволит по составу деталей опознавать их в конкретных устройствах.
| Транзисторы | Диоды | Конденсаторы | Ножки первичной обмотки трансформатора | |
| Single-Transistor Forward | 1 | 1 | 1 | 4 |
| 2 | 2 | 0 | 2 | |
| 2 | 0 | 2 | 2 | |
| 4 | 0 | 0 | 2 | |
| 2 | 0 | 0 | 3 |
Помимо перечисленных топологий, в дорогих БП встречаются резонансные (resonant) варианты Half Bridge, которые легко опознать по дополнительному крупному дросселю (или двум) и конденсатору, образующим колебательный контур.
|
Single-Transistor Forward |
|
|
|
|
|
|
⇡ Вторичная цепь
Вторичная цепь - это все, что находится после вторичной обмотки трансформатора. В большинстве современных блоков питания трансформатор имеет две обмотки: с одной из них снимается напряжение 12 В, с другой - 5 В. Ток сначала выпрямляется с помощью сборки из двух диодов Шоттки - одной или нескольких на шину (на самой высоконагруженной шине - 12 В — в мощных БП бывает четыре сборки). Более эффективными с точки зрения КПД являются синхронные выпрямители, в которых вместо диодов используются полевые транзисторы. Но это прерогатива по-настоящему продвинутых и дорогих БП, претендующих на сертификат 80 PLUS Platinum.
Шина 3,3 В, как правило, выводится от той же обмотки, что и шина 5 В, только напряжение понижается с помощью насыщаемого дросселя (Mag Amp). Специальная обмотка на трансформаторе под напряжение 3,3 В - экзотический вариант. Из отрицательных напряжений в текущем стандарте ATX осталось только -12 В, которое снимается со вторичной обмотки под шину 12 В через отдельные слаботочные диоды.
ШИМ-управление ключом преобразователя изменяет напряжение на первичной обмотке трансформатора, а следовательно - на всех вторичных обмотках сразу. При этом потребление тока компьютером отнюдь не равномерно распределено между шинами БП. В современном железе наиболее нагруженной шиной является 12-В.
Для раздельной стабилизации напряжений на разных шинах требуются дополнительные меры. Классический способ подразумевает использование дросселя групповой стабилизации. Три основные шины пропущены через его обмотки, и в результате если на одной шине увеличивается ток, то на других - падает напряжение. Допустим, на шине 12 В возрос ток, и, чтобы предотвратить падение напряжения, ШИМ-контроллер уменьшил скважность импульсов ключевых транзисторов. В результате на шине 5 В напряжение могло бы выйти за допустимые рамки, но было подавлено дросселем групповой стабилизации.
Напряжение на шине 3,3 В дополнительно регулируется еще одним насыщаемым дросселем.
В более совершенном варианте обеспечивается раздельная стабилизация шин 5 и 12 В за счет насыщаемых дросселей, но сейчас эта конструкция в дорогих качественных БП уступила место преобразователям DC-DC. В последнем случае трансформатор имеет единственную вторичную обмотку с напряжением 12 В, а напряжения 5 В и 3,3 В получаются благодаря преобразователям постоянного тока. Такой способ наиболее благоприятен для стабильности напряжений.
Выходной фильтр
Финальной стадией на каждой шине является фильтр, который сглаживает пульсации напряжения, вызываемые ключевыми транзисторами. Кроме того, во вторичную цепь БП в той или иной мере пробиваются пульсации входного выпрямителя, чья частота равна удвоенной частоте питающей электросети.
В состав фильтра пульсаций входит дроссель и конденсаторы большой емкости. Для качественных блоков питания характерна емкость не менее 2 000 мкФ, но у производителей дешевых моделей есть резерв для экономии, когда устанавливают конденсаторы, к примеру, вдвое меньшего номинала, что неизбежно отражается на амплитуде пульсаций.
⇡ Дежурное питание +5VSB
Описание компонентов блока питания было бы неполным без упоминания об источнике дежурного напряжения 5 В, который делает возможным спящий режим ПК и обеспечивает работу всех устройств, которые должны быть включены постоянно. «Дежурка» питается от отдельного импульсного преобразователя с маломощным трансформатором. В некоторых БП встречается и третий трансформатор, использующийся в цепи обратной связи для изоляции ШИМ-контроллера от первичной цепи основного преобразователя. В других случаях эту функцию выполняют оптопары (светодиод и фототранзистор в одном корпусе).
⇡ Методика тестирования блоков питания
Одним из основных параметров БП является стабильность напряжений, которая находит отражение в т.н. кросс-нагрузочной характеристике. КНХ представляет собой диаграмму, в которой на одной оси отложен ток или мощность на шине 12 В, а на другой - совокупный ток или мощность на шинах 3,3 и 5 В. В точках пересечения при разных значениях обеих переменных определяется отклонение напряжения от номинала на той или иной шине. Соответственно, мы публикуем две разные КНХ - для шины 12 В и для шины 5/3,3 В.
Цвет точки означает процент отклонения:
- зеленый: ≤ 1%;
- салатовый: ≤ 2%;
- желтый: ≤ 3%;
- оранжевый: ≤ 4%;
- красный: ≤ 5%.
- белый: > 5% (не допускается стандартом ATX).
Для получения КНХ используется сделанный на заказ стенд для тестирования блоков питания, который создает нагрузку за счет рассеивания тепла на мощных полевых транзисторах.
Другой не менее важный тест - определение размаха пульсаций на выходе БП. Стандарт ATX допускает пульсации в пределах 120 мВ для шины 12 В и 50 мВ - для шины 5 В. Различают высокочастотные пульсации (на удвоенной частоте ключа основного преобразователя) и низкочастотные (на удвоенной частоте питающей сети).
Этот параметр мы измеряем при помощи USB-осциллографа Hantek DSO-6022BE при максимальной нагрузке на БП, заданной спецификациями. На осциллограмме ниже зеленый график соответствует шине 12 В, желтый - 5 В. Видно, что пульсации находятся в пределах нормы, и даже с запасом.
Для сравнения приводим картину пульсаций на выходе БП старого компьютера. Этот блок изначально не был выдающимся, но явно не стал лучше от времени. Судя по размаху низкочастотных пульсаций (обратите внимание, что деление развертки напряжения увеличено до 50 мВ, чтобы колебания поместились на экран), сглаживающий конденсатор на входе уже пришел в негодность. Высокочастотные пульсации на шине 5 В находятся на грани допустимых 50 мВ.
В следующем тесте определяется КПД блока при нагрузке от 10 до 100% от номинальной мощности (путем сравнения мощности на выходе с мощностью на входе, измеренной при помощи бытового ваттметра). Для сравнения на графике приводятся критерии различных категорий 80 PLUS. Впрочем, большого интереса в наши дни это не вызывает. На графике приведены результаты топового БП Corsair в сравнении с весьма дешевым Antec, а разница не то чтобы очень велика.
Более насущный для пользователя вопрос - шум от встроенного вентилятора. Непосредственно измерить его вблизи от ревущего стенда для тестирования БП невозможно, поэтому мы измеряем скорость вращения крыльчатки лазерным тахометром - также при мощности от 10 до 100%. На нижеприведенном графике видно, что при низкой нагрузке на этот БП 135-миллиметровый вентилятор сохраняет низкие обороты и вряд ли слышен вообще. При максимальной нагрузке шум уже можно различить, но уровень все еще вполне приемлемый.
В настоящее время практически не используются.
- Напряжение −5 В использовался только интерфейсом ISA и из-за фактического отсутствия этого интерфейса на современных материнских платах провод −5 В в новых блоках питания отсутствует.
- Напряжение −12 В необходим лишь для полной реализации стандарта последовательного интерфейса RS-232 , поэтому также часто отсутствует.
В большинстве случаев используется импульсный блок питания, выполненный по полумостовой (двухтактной) схеме . Блоки питания с накапливающими энергию трансформаторами (обратноходовая схема) естественно ограничены по мощности габаритами трансформатора и потому применяется значительно реже.
Устройство (схемотехника)
Импульсный блок питания компьютера (ATX) со снятой крышкой: A - входной диодный выпрямитель , ниже виден входной фильтр ; B - входные сглаживающие конденсаторы , правее виден радиатор высоковольтных транзисторов ; C - импульсный трансформатор , правее виден радиатор низковольтных диодных выпрямителей ; D - дроссель групповой стабилизации ; E - конденсаторы выходного фильтра
Широко распространённая схема импульсного источника питания состоит из следующих частей:
Входные цепи
- Отдельный маломощный блок питания, выдающий +5 В дежурного режима мат. платы и +12 В для питания микросхемы преобразователя самого ИБП. Обычно он выполнен в виде обратноходового преобразователя на дискретных элементах (либо с групповой стабилизацией вых. напряжений через оптрон плюс регулируемый стабилитрон TL431 в цепи ОС , либо линейными стабилизаторами 7805/7812 на выходе) или же (в топовых моделях) на микросхеме типа TOPSwitch.
- Полумостовой преобразователь на двух биполярных транзисторах
- Схема управления преобразователем и защиты компьютера от превышения/снижения питающих напряжений, обычно на специализированной микросхеме (TL494, UC3844, KA5800, SG6105 и пр.).
- Импульсный высокочастотный трансформатор , который служит для формирования необходимых номиналов напряжения, а также для гальванической развязки цепей (входных от выходных, а также, при необходимости, выходных друг от друга). Пиковые напряжения на выходе высокочастотного трансформатора пропорциональны входному питающему напряжению и значительно превышают требуемые выходные.
- Цепи обратной связи , которая поддерживает стабильное напряжение на выходе блока питания.
- Формирователь напряжения PG (Power Good, «напряжение в норме»), обычно на отдельном ОУ .
- Выходные выпрямители. Положительные и отрицательные напряжения (5 и 12 В) используют одни и те же выходные обмотки трансформатора, с разным направлением включения диодов выпрямителя. Для снижения потерь, при большом потребляемом токе, в качестве выпрямителей используют диоды Шоттки , обладающие малым прямым падением напряжения.
- Дроссель выходной групповой стабилизации. Дроссель сглаживает импульсы, накапливая энергию между импульсами с выходных выпрямителей. Вторая его функция - перераспределение энергии между цепями выходных напряжений. Так, если по какому-либо каналу увеличится потребляемый ток, что снизит напряжение в этой цепи, дроссель групповой стабилизации как трансформатор снизит напряжение по другим цепям. Цепь обратной связи обнаружит снижение выходных цепей, увеличит общую подачу энергии, и восстановит требуемые значения напряжений.
- Выходные фильтрующие конденсаторы. Выходные конденсаторы, вместе с дросселем групповой стабилизации интегрирует импульсы, тем самым получая необходимые значения напряжений, которые значительно ниже напряжений с выхода трансформатора
- Один (на одну линию) или несколько (на несколько линий, обычно +5 и +3,3) нагрузочных резисторов 10-25 Ом, для обеспечения безопасной работы на холостом ходу .
Достоинства такого блока питания:
- Простая и проверенная временем схемотехника с удовлетворительным качеством стабилизации выходных напряжений.
- Высокий КПД (65-70 %). Основные потери приходятся на переходные процессы, которые длятся значительно меньшее время, чем устойчивое состояние.
- Малые габариты и масса, обусловленные как меньшим выделением тепла на регулирующем элементе, так и меньшими габаритами трансформатора, благодаря тому, что последний работает на более высокой частоте.
- Меньшая металлоёмкость, благодаря чему мощные импульсные источники питания стоят дешевле трансформаторных, несмотря на бо́льшую сложность
- Возможность включения в сети широкого диапазона напряжений и частот, или даже постоянного тока. Благодаря этому возможна унификация техники, производимой для различных стран мира, а значит и её удешевление при массовом производстве.
Недостатки полумостового блока питания на биполярных транзисторах:
Стандарты
AT (устаревший)
В блоках питания у компьютеров форм-фактора выключатель питания разрывает силовую цепь и обычно вынесен на переднюю панель корпуса отдельными проводами; питание дежурного режима с соответствующими цепями отсутствует в принципе. Однако почти все материнские платы стандарта АТ+ATX имели выход управления блоком питания, а блоки питания, в то же время, вход, позволяющий материнской плате стандарта АТ управлять им (включать и выключать).
Блок питания стандарта AT подключается к материнской плате двумя шестиконтактными разъёмами, включающимися в один 12-контактный разъём на материнской плате. К разъёмам от блока питания идут разноцветные провода, и правильным является подключение, когда контакты разъёмов с чёрными проводами сходятся в центре разъёма материнской платы. Цоколёвка AT-разъёма на материнской плате следующая:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| - | |||||||||||
| PG | пустой | +12V | -12V | общий | общий | общий | общий | -5V | +5V | +5V | +5V |
ATX (современный)
У 24-контактного ATX разъёма, последние 4 контакта могут быть съёмными, для обеспечения совместимости с 20-контактным гнездом на материнской плате
Повышены требования к +5VDС - теперь БП должен отдавать ток не менее 12 А (+3.3 VDC - 16,7 А соответственно, но при этом совокупная мощность не должная превысить 61 Вт) для типовой системы потребления мощностью 160 Вт. Выявился перекос выходной мощности: раньше основным был канал +5 В, теперь были продиктованы требования по минимальному току +12 В. Требования были обусловлены дальнейшим ростом мощности комплектующих (в основном, видеокарты), чьи требования не могли быть удовлетворены линиями +5 В из-за очень больших токов в этой линии.
Разъёмы БП / потребителей питания
Распиновка SATA-разъёмов
Разъём ATX PS 12V (P4 power connector)
Один из двух шестиконтактных разъёмов питания AT
- 20-контактный разъём основного питания +12V1DCV использовался с первыми материнскими платами форм-фактора ATX , до появления материнских плат с шиной PCI-Express .
| Цвет | Сигнал | Контакт | Контакт | Сигнал | Цвет |
|---|---|---|---|---|---|
| Оранжевый | +3.3 V | 1 | 13 | +3.3 V | Оранжевый |
| +3.3 V sense | Коричневый | ||||
| Оранжевый | +3.3 V | 2 | 14 | −12 V | Синий |
| Чёрный | Земля | 3 | 15 | Земля | Чёрный |
| Красный | +5 V | 4 | 16 | Power on | Зелёный |
| Чёрный | Земля | 5 | 17 | Земля | Чёрный |
| Красный | +5 V | 6 | 18 | Земля | Чёрный |
| Чёрный | Земля | 7 | 19 | Земля | Чёрный |
| Серый | Power good | 8 | 20 | −5 V | Белый |
| Фиолетовый | +5 VSB | 9 | 21 | +5 V | Красный |
| Жёлтый | +12 V | 10 | 22 | +5 V | Красный |
| Жёлтый | +12 V | 11 | 23 | +5 V | Красный |
| Оранжевый | +3.3 V | 12 | 24 | Земля | Чёрный |
| Контакт 20 (и белый провод) используется для обеспечения −5 В постоянного тока в ATX и ATX12V версии до 1.2. Это напряжение не является обязательным уже в версии 1.2 и полностью отсутствует в версиях 1.3 и старше. | |||||
| В 20-контактной версии правые контакты нумеруются с 11 по 20. | |||||
| Провод +3.3 VDC оранжевого цвета и отводка +3.3 V sense коричневого цвета, подключенные к 13-му контакту, имеют толщину 18 AWG ; все остальные - 22 AWG | |||||
Также на БП размещаются:
КПД - «80 PLUS»
| Внешние изображения | |
|---|---|
| Чертеж БП FSP600-80GLN | |
| Сборочный чертеж БП FSP600-80GLN в формате PDF | |
Производители компьютерных блоков питания
- Cooler Master
- Corsair
См. также
Примечания
- для соответствия требованиям законодательства стран по электромагнитным излучениям , в России - требованиям СанПиН 2.2.4.1191-03 2.2.4.1191-03.htm «Электромагнитные поля в производственных условиях, на рабочих местах. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы»
- Б.Ю. Семенов Силовая электроника: от простого к сложному. - М .: СОЛОМОН-Пресс, 2005. - 415 с. - (Библиотека инженера).
- На пиковой нагрузке +12 VDC, диапазон выходного напряжения +12 VDC может колебаться в пределах ± 10.
- Минимальное напряжение уровнем 11.0 VDC во время пиковой нагрузки по +12 V2DC.
- Выдержка в диапазоне требуется разъёму основного питания материнской платы и разъёму питания S-ATA .
- Совокупная мощность по линиям +3.3 VDC и +5 VDC не должная превысить 61 Вт
- Совокупная мощность по линиям +3.3 VDC и +5 VDC не должная превысить 63 Вт
- Совокупная мощность по линиям +3.3 VDC и +5 VDC не должная превысить 80 Вт
Загрузка...
