Характеристики блоков питания

Существует несколько параметров, которые определяют входную и выходную мощность, а также рабочие характеристики БП. Эти параметры являются общими для большинства блоков питания.

Загрузка блока питания

Вне зависимости от этих характеристик, если вы хотите правильно и точно протестировать блок питания , убедитесь, что хотя бы по одной линии электропитания имеется нагрузка, а ещё лучше, чтобы она была по всем трём линиям. Это - одна из причин, по которым мы рекомендуем проверять блок питания, когда он установлен в компьютер, а не извлечён. В качестве импровизированного тестового стенда вы можете использовать запасную материнскую плату и один или несколько жёстких дисков, чтобы обеспечить нагрузку по линиям питания.

Мощность блока питания

Системный интегратор должен предоставлять технические спецификации всех компонентов, которые используются в системе. Данная информация обычно отражена в справочном руководстве, но спецификации блока питания , как правило, можно узнать и по стикеру на нём. Производители БП также обычно предоставляют такую информацию, что более предпочтительно, если вы можете определить производителя и проверить данные напрямую или через интернет.

К входным характеристикам относится напряжение сети переменного тока, тогда как характеристики на выходе подразумевают перечень силы тока в амперах по каждой линии. Умножив силу тока на напряжение, можно рассчитать мощность блока питания для каждой линии:

Ватты (Вт) = Вольты (В) х Амперы (А)

Например, если для одной из линий +12 В указана сила тока 8 А, мощность равна 96 Вт, согласно данной формуле. Сложив напряжение/силу тока на каждом из основных выходов, можно рассчитать общую мощность блока питания . Отметим, что в данных вычислениях участвуют только положительные напряжения. Отрицательные напряжения, линии Standby, Power_Good и другие вспомогательные сигналы при вычислении мощности БП не учитываются.

В следующей таблице приведены расчёты для нескольких блоков питания различной мощности, соответствующим стандартам ATX12V/EPS12V, производства компании Corsair (www.corsair.com).

Типичные характеристики БП ATX12V/EPS12V, значения на выходах
Модель	VX450W	VX550W	HX650W	HX750W	HX850W	TX950W	AX1200
+12 В (A)	33	41	52	62	70	78	100
-12 В (A)	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8
+5 VSB (A)	2.5	3	3	3	3	3	2.5
+5 В (A)	20	28	30	25	25	25	30
+3.3 В (A)	20	30	24	25	25	25	30
Max +5 В/+3.3 В (Вт)	130	140	170	150	150	150	180
Заявленная мощность (Вт)	450	550	650	750	850	950	1200
Расчётная мощность (Вт)	548	657	819	919	1015	1111	1407

Фактически, все блоки питания достигают максимальных значений по линиям +3,3 В и +5 В. Расчётная максимальная мощность подразумевает общее максимальное потребление по всем линиям и в реальных условиях не достигается. Поэтому заявленная производителем мощность БП, как правило, меньше, чем расчётная.

Хотя купленные в магазине ПК часто оснащены маломощными блоками питания на 350 Вт или меньше, высокая мощность БП часто рекомендуется для полноценных настольных систем. К сожалению, даже относительно высоким оценкам мощности, заявленным для дешёвых блоков питания, не всегда можно доверять. Например, мы видели блок питания с заявленной мощностью 650 Вт, фактическая мощность которого составляла честные 200 Вт. Ещё одна проблема заключается в том, что всего несколько компаний выпускают блоки питания для ПК. Большинство БП, которые вы можете встретить на прилавках магазинов, сделаны одним из нескольких производителей, но могут продаваться под разными торговыми марками, названиями, моделями и т.д. Поскольку далеко не каждый покупатель имеет оборудование, с помощью которого можно протестировать реальную мощность на выходах, стоит доверять лишь известным, проверенным маркам, которые предлагают качественные БП.

Большинство блоков питания считаются универсальными, то есть могут использоваться в любой точке мира. Иными словами, они могут работать в сетях переменного тока 127 В /50 Гц (США), 240 В/50 Гц (Европа и некоторые другие страны), 220 В/50 Гц (Россия). Переключение в соответствующий режим входящего тока, как правило, осуществляется в автоматическом режиме, хотя до сих пор иногда встречаются БП, оснащённые тумблером 127/240 В на задней панели.

В сети переменного тока напряжение может колебаться, что учитывается при разработке дизайна блока питания, имеющего специальные цепи стабилизации на входе перед импульсным преобразователем напряжения. Как правило, учитывается эффект "проседания" напряжения, то есть его снижения на пути к розетке в квартире. По этой причине блок питания , рассчитанный на европейский стандарт 240 В, может работать в российских сетях 220 В.

Внимание! Если ваш блок питания не переключается автоматически, убедитесь, что тумблер переключения входящего напряжения установлен правильно. Если вы подключите блок питания в розетку 120 В с тумблером, установленным на 240 В, никаких неприятных последствий не произойдёт, но БП не будет работать до тех пор, пока вы не переключите тумблер. С другой стороны, если тумблер зафиксирован на 120 В, а блок питания подключается к розетке 220/240 В, он может выйти из строя.

Прочие характеристики и сертификаты

Помимо мощности, существуют и иные характеристики и функции, которыми наделяют свои изделии производители блоков питания.

Мы имели дело с огромным количеством различных компьютеров и наш опыт заключается в том, что если в помещении есть несколько компьютеров и в сети происходит внезапное падение напряжение, то более качественный и мощный блок питания позволит сохранить компьютер в рабочем состоянии, в то время как ПК со слабыми блоками питания отключаются.

Более качественный блок питания также помогает защищать вашу систему. В частности, используя блоки питания таких производителей, как PC Power и Cooling, вы можете не переживать за безопасность компонентов ПК в следующих случаях:

• 100% отключение энергии любой продолжительности.
• Кратковременное падение напряжения.
• Пиковое увеличение напряжения до 2500 В на входе (например, в результате удара молнии или кратковременного скачка напряжения в сети).

Качественные блоки питания имеют крайне низкую величину тока, подведённого к заземлению (менее 500 мА). Это важно с точки зрения безопасности ПК, если он не подключён к заземлению.

Как можно видеть, дополнительные характеристики блоков питания достаточно жёсткие и подобные возможности можно встретить, только когда речь идёт о достаточно дорогих изделиях.

Вы можете также встретить и много других критериев оценки БП. Блок питания - это тот компонент ПК, на который многие покупатели обращают внимание в последнюю очередь, поэтому многие системные интеграторы также не уделяют должного внимания выбору БП. В конце концов, продавцу ПК выгоднее установить в компьютер более производительный процессор или жёсткий диск большего объёма, чем оснастить его более качественным блоком питания.

Именно по этой причине при выборе компьютера либо апгрейде имеющегося необходимо очень внимательно отнестись к качеству блока питания , который вы планируете использовать. В то же время, различные характеристики и значения, которые приводятся в спецификации блоков питания, многих покупателей могут ввести в ступор. Поэтому здесь мы приводим перечень наиболее распространённых параметров блоков питания:

• Наработка на отказ (Mean Time Between Failures - MTBF) или наработка до отказа (Mean Time To Failure - MTTF). Расчётный интервал времени, выраженный в часах, в течении которого предполагается, что блок питания будет работать до выхода из строя. Блоки питания обычно имеют рейтинги MTBF (например, 100 000 часов или более), которые, очевидно, не являются результатом реальных эмпирических тестов. Фактически, производители используют опубликованные стандарты для вычисления MTBF, основанные на рейтингах отказов отдельных компонентов блока питания. Цифры MTBF для блоков питания часто включают уровень нагрузки, который предполагается (в % от общей мощности), а также температуру окружающей среды, при которой данные значения актуальны.
• Входной (или рабочий) диапазон. Означает диапазон напряжений, с которыми может работать БП. Например, для американской сети переменного тока 120 В входной диапазон, как правило, составляет 90-135 В, а для европейских сетей 240 В типичен диапазон 180-270 В.
• Пиковый ток при включении. Максимальная величина тока на момент времени непосредственно после включения БП, выраженная в амперах при заданном напряжении. Чем ниже эта величина, тем меньший температурный шок система испытывает.
• Время отключения. Количество времени (в миллисекундах), в течение которого БП может поддерживать уровни напряжения в соответствии со значениями по спецификации в случае внезапного отключения входящего тока. Это позволяет компьютеру продолжать работу после кратковременного падения напряжения в сети без перезагрузки или отключения. Величины в 15-30 мс являются стандартными для современных БП, но чем больше данная величина, тем лучше. Согласно спецификации "Power Supply Design Guide for Desktop Platform Form Factors", минимальное время отключения составляет 16 мс. Время отключения также сильно зависит от текущей нагрузки на блок питания. Время отключения, как правило, отражает минимальное время, измеренное под максимальной загрузкой. Если нагрузка снижается, то время отключения пропорционально возрастает. Например, если блок питания на 1000 Вт имеет время задержки 20 мс согласно своей спецификации (измеренное под нагрузкой 1000 Вт), то при нагрузке 500 Вт (половина заявленной мощности) время загрузки увеличивается вдвое, а при нагрузке 250 Вт - в четыре раза. На самом деле, это одна из причин приобрести более мощный блок питания, чем требуется с учётом требований компонентов системы.
• Время перехода. Количество времени (в миллисекундах), которое требуется блоку питания, чтобы восстановить напряжения на выходах (в соответствии со спецификацией) после перехода в другой режим работы. Иными словами, речь идёт о времени, за которое напряжения на выходах блока питания стабилизируются при включении или отключении одного из компонентов ПК. Блок питания проверяет нагрузку по выходам через регулярные интервалы времени. Когда устройство отключается (например, оптический привод останавливает вращение диска), блок питания в течение короткого промежутка времени может продолжать подводить высокий уровень тока по разъёму питания. Это излишнее напряжение называется "выбросом", а время перехода означает промежуток времени, который требуется для возвращения к стандартным значениям напряжения на выходах согласно спецификации. Изменение режима работы какого-либо из компонентов ПК рассматриваются как скачок напряжения и могут вызывать сбои и зависания компьютера, так как влияют на подаваемые к другим выходам напряжения. Будучи одной из основных проблем импульсных блоков питания, когда они только появились, "выбросы" были заметно снижены в последние годы. Значения времени перехода часто выражаются как временные промежутки, но иногда они выражаются в предельной величине изменения напряжений на выходах (например, в спецификации говорится, что "уровень напряжения на выходе при изменении режима нагрузки может меняться в пределах 20%).
• Защита от превышения напряжения. Данный параметр определяет показатели для каждого выхода, при которых блок питания отключает тот или иной выход. Могут выражаться либо в %% от значения по спецификации (например, 120% для +3,3 В и +5 В), либо в реальных значениях напряжения (например, +4,6 В для выхода +3,3 В и +7 В для выхода +5 В).
• Максимальный ток нагрузки. Максимальное значение тока (в амперах), который может безопасно проходить через тот или иной выход. Значения выражаются в индивидуальной силе тока для каждого напряжения. Опираясь на эти данные, вы можете не только рассчитать общую мощность блока питания, но и проверить, сколько устройств можно "повесить" на тот или иной выход.
• Минимальный ток нагрузки. Определяет наименьшее значение тока (в амперах), которое должно подаваться на конкретный выход для обеспечения его работы. Если ток, потребляемый на выходе, снижается ниже минимального, то блок питания может выйти из строя или автоматически отключится.
• Стабилизация нагрузки (или стабилизация напряжения нагрузки). Когда ток по тому или иному выходу увеличивается либо снижается, значения напряжения также немного изменяются - как правило, снижаются, если ток увеличивается. Стабилизация нагрузки означает изменение напряжения на выходе, когда происходит переход от минимальной нагрузки к максимальной (или наоборот). Значения выражаются в +/- %%, обычно в диапазоне от +/-1% до +/-5% для выходов +3,3 В, +5 В и +12 В.
• Стабилизация сетевого напряжения. Изменение выходного напряжения при колебаниях входящего переменного тока от самого низкого до самого высокого значения (либо наоборот). Блок питания должен использовать любой переменной ток в пределах рабочего диапазона, сохраняя на выходе стабильное напряжение (допустимы колебания в пределах 1% или ниже).
• Эффективность. Соотношение мощности БП на выходах к потребляемой мощности. Стандартными на сегодняшний день считаются значения 65-85%. Оставшиеся 15-35% превращаются в тепловую энергию в ходе процесса преобразования тока из переменного в постоянный. Хотя более высокая эффективность означает, что блок питания будет меньше греться (и это хорошо) и более низкие расходы на оплату электроэнергии. Ради более высокой эффективности блока питания не должны приноситься в жертву точность, стабильность и надёжность, также как жёсткая стабилизация сетевого напряжения и другие характеристики.
• Шумы, перепады, периодические и случайные отклонения сети переменного тока. Средняя величина колебаний напряжения на выходах БП в зависимости от всех эффектов сети переменного тока, связанных с перепадами напряжения, как правило, изменяющаяся в милливольтах или процентах от номинального значения. Чем ниже данный показатель, тем лучше. Для качественных блоков питания перепады напряжения обычно составляют 1% от номинального напряжения на выходе (или меньше). Следовательно, для выхода +5 В они могут достигать 0,05 В или 50 мВ (милливольт). Перепады напряжения могут быть вызваны внутренними особенностями конструкции блока питания, колебаниями напряжения в сети переменного тока либо случайными наводками.

Современные блоки питания для ПК являются довольно сложными устройствами. При покупке компьютера мало кто обращает внимание на марку предустановленного в системе БП. Впоследствии некачественное или недостаточное питание может вызвать ошибки в программной среде, стать причиной потери данных на носителях и даже привести к выходу из строя электроники ПК. Понимание хотя бы базовых основ и принципов функционирования блоков питания, а также умение определить качественное изделие позволит избежать различных проблем и поможет обеспечить долговременную и бесперебойную работу любого компьютера.

Компьютерный блок питания состоит из нескольких основных узлов. Детальная схема устройства представлена на рисунке. При включении сетевое переменное напряжение подается на входной фильтр , в котором сглаживаются и подавляются пульсации и помехи. В дешевых блоках этот фильтр часто упрощен либо вообще отсутствует.

Далее напряжение попадает на инвертор сетевого напряжения . В сети проходит переменный ток, который меняет потенциал 50 раз в секунду, т. е. с частотой 50 Гц. Инвертор же повышает эту частоту до десятков, а иногда и сотен килогерц, за счет чего габариты и масса основного преобразующего трансформатора сильно уменьшаются при сохранении полезной мощности. Для лучшего понимания данного решения представьте себе большое ведро, в котором за раз можно перенести 25 л воды, и маленькое ведерко емкостью 1 л, в котором можно перенести такой же объем за то же время, но воду придется носить в 25 раз быстрее.

Импульсный трансформатор преобразовывает высоковольтное напряжение от инвертора в низковольтное. Благодаря высокой частоте преобразования мощность, которую можно передать через такой небольшой компонент, достигает 600-700 Вт. В дорогих БП встречаются два или даже три трансформатора.

Рядом с основным трансформатором обычно имеются один или два меньших, которые служат для создания дежурного напряжения, присутствующего внутри блока питания и на материнской плате всегда, когда к БП подключена сетевая вилка. Этот узел вместе со специальным контроллером отмечен на рисунке цифрой .

Пониженное напряжение поступает на быстрые выпрямительные диодные сборки, установленные на мощном радиаторе . Диоды, конденсаторы и дроссели сглаживают и выпрямляют высокочастотные пульсации, позволяя получить на выходе почти постоянное напряжение, которое идет далее на разъемы питания материнской платы и периферийных устройств.

В недорогих блоках применяется так называемая групповая стабилизация напряжений. Основной силовой дроссель сглаживает только разницу между напряжениями +12 и +5 В. Подобным образом достигается экономия на количестве элементов в БП, но делается это за счет снижения качества стабилизации отдельных напряжений. Если возникает большая нагрузка на каком-то из каналов, напряжение на нем снижается. Схема коррекции в блоке питания, в свою очередь, повышает напряжение, стараясь компенсировать недостачу, но одновременно возрастает напряжение и на втором канале, который оказался малонагруженным. Налицо своеобразный эффект качелей. Отметим, что дорогие БП имеют выпрямительные цепи и силовые дроссели, полностью независимые для каждой из основных линий.

Кроме силовых узлов в блоке есть дополнительные - сигнальные. Это и контроллер регулировки оборотов вентиляторов, часто монтируемый на небольших дочерних платах , и схема контроля за напряжением и потребляемым током, выполненная на интегральной микросхеме . Она же управляет работой системы защиты от коротких замыканий, перегрузки по мощности, перенапряжения или, наоборот, слишком низкого напряжения.

Зачастую мощные БП оснащены активным корректором коэффициента мощности. Старые модели таких блоков имели проблемы совместимости с недорогими источниками бесперебойного питания. В момент перехода подобного устройства на батареи напряжение на выходе снижалось, и корректор коэффициента мощности в БП интеллектуально переключался в режим питания от сети 110 В. Контроллер бесперебойного источника считал это перегрузкой по току и послушно выключался. Так вели себя многие модели недорогих ИБП мощностью до 1000 Вт. Современные блоки питания практически полностью лишены данной «особенности».

Многие БП предоставляют возможность отключать неиспользуемые разъемы, для этого на внутренней торцевой стенке монтируется плата с силовыми разъемами . При правильном подходе к проектированию такой узел не влияет на электрические характеристики блока питания. Но бывает и наоборот, некачественные разъемы могут ухудшать контакт либо неверное подключение приводит к выходу комплектующих из строя.

Для подключения комплектующих к БП используется несколько стандартных типов штекеров: самый крупный из них - двухрядный - служит для питания материнской платы. Ранее устанавливались двадцатиконтактные разъемы, но современные системы имеют большую нагрузочную способность, и в результате штекер нового образца получил 24 проводника, причем часто добавочные 4 контакта отсоединяются от основного набора. Кроме силовых каналов нагрузки, на материнскую плату передаются сигналы управления (PS_ON#, PWR_OK), а также дополнительные линии (+5Vsb, -12V). Включение проводится только при наличии на проводе PS_ON# нулевого напряжения. Поэтому, чтобы запустить блок без материнской платы, нужно замкнуть контакт 16 (зеленый провод) на любой из черных проводов («земля»). Исправный БП должен заработать, и все напряжения сразу же установятся в соответствии с характеристиками стандарта ATX. Сигнал PWR_OK служит для сообщения материнской плате о нормальном функционировании схем стабилизации БП. Напряжение +5Vsb используется для питания USB-устройств и чипсета в дежурном режиме (Standby) работы ПК, а -12 - для последовательных портов RS-232 на плате.

Стабилизатор процессора на материнской плате подключается отдельно и использует четырех- либо восьмиконтактный кабель, подающий напряжение +12 В. Питание мощных видеокарт с интерфейсом PCI-Express осуществляется по одному 6-контактному либо по двум разъемам для старших моделей. Существует также 8-контактная модификация данного штекера. Жесткие диски и накопители с интерфейсом SATA используют собственный тип контактов с напряжениями +5, +12 и +3,3 В. Для старых устройств подобного рода и дополнительной периферии имеется 4-контактный разъем питания с напряжениями +5 и +12 В (так называемый molex).

Основное потребление мощности всех современных систем, начиная с Socket 775, 754, 939 и более новых, приходится на линию +12 В. Процессоры могут нагружать данный канал токами до 10-15 А, а видеокарты до 20-25 А (особенно при разгоне). В итоге мощные игровые конфигурации с четырехъядерными CPU и несколькими графическими адаптерами запросто «съедают» 500-700 Вт. Материнские платы со всеми распаянными на РСВ контроллерами потребляют сравнительно мало (до 50 Вт), оперативная память довольствуется мощностью до 15-25 Вт для одной планки. А вот винчестеры, хоть они и неэнергоемкие (до 15 Вт), но требуют качественного питания. Чувствительные схемы управления головками и шпинделем легко выходят из строя при превышении напряжения +12 В либо при сильных пульсациях.

На наклейках блоков питания часто указывают наличие нескольких линий +12 В, обозначаемых как +12V1, +12V2, +12V3 и т. д. На самом деле в электрической и схемотехнической структуре блока они в абсолютном большинстве БП представляют собой один канал, разделенный на несколько виртуальных, с различным ограничением по току. Данный подход применен в угоду стандарту безопасности EN-60950, который запрещает подводить мощность свыше 240 ВА на контакты, доступные пользователю, поскольку при возникновении замыкания возможны возгорания и прочие неприятности. Простая математика: 240 ВА/12 В = 20 А. Поэтому современные блоки обычно имеют несколько виртуальных каналов с ограничением по току каждого в районе 18-20 А, однако общая нагрузочная способность линии +12 В не обязательно равна сумме мощностей +12V1, +12V2, +12V3 и определяется возможностями используемого в конструкции преобразователя. Все заявления производителей в рекламных буклетах, расписывающие огромные преимущества от множества каналов +12 В, - не более чем умелая маркетинговая уловка для непосвященных.

Многие новые блоки питания выполнены по эффективным схемам, поэтому выдают большую мощность при использовании маленьких радиаторов охлаждения. Примером может служить распространенная платформа FSP Epsilon (FSPxxx-80GLY/GLN), на базе которой построены БП нескольких производителей (OCZ GameXStream, FSP Optima/Everest/Epsilon).

Современные мощные видеокарты потребляют большое количество энергии, поэтому давно подключаются отдельными кабелями к БП независимо от материнской платы. Новейшие модели оснащаются шести- и восьмиконтактными штекерами. Часто последний имеет отстегивающуюся часть, для удобства подсоединения к меньшим разъемам питания видеокарт.

Надеемся, что после рассмотрения основных узлов блоков питания читателям уже понятно: за последние годы конструкция БП стала значительно сложнее, она подверглась модернизации и сейчас для полноценного всестороннего тестирования требует квалифицированного подхода и наличия специального оборудования. Невзирая на общее повышение качества доступных рядовому пользователю блоков, существуют и откровенно неудачные модели. Поэтому при выборе конкретного экземпляра БП для вашего компьютера нужно ориентироваться на подробные обзоры данных устройств и внимательно изучать каждую модель перед покупкой. Ведь от блока питания зависит сохранность информации, стабильность и долговечность работы компонентов ПК в целом.

Краткий словарь терминов

Суммарная мощность - долговременная мощность потребления нагрузкой, допустимая для блока питания без его перегрева и повреждений. Измеряется в ваттах (Вт, W).

Конденсатор, электролит - устройство для накопления энергии электрического поля. В БП используется для сглаживания пульсаций и подавления помех в схеме питания.

Дроссель - свернутый в спираль проводник, обладающий значительной индуктивностью при малой собственной емкости и небольшом активном сопротивлении. Данный элемент способен запасать магнитную энергию при протекании электрического тока и отдавать ее в цепь в моменты больших токовых перепадов.

Полупроводниковый диод - электронный прибор, обладающий разной проводимостью в зависимости от направления протекания тока. Применяется для формирования напряжения одной полярности из переменного. Быстрые типы диодов (диоды Шоттки) часто используются для защиты от перенапряжения.

Трансформатор - элемент из двух или более дросселей, намотанных на единое основание, служащий для преобразования системы переменного тока одного напряжения в систему тока другого напряжения без существенных потерь мощности.

ATX - международный стандарт, описывающий различные требования к электрическим, массогабаритным и другим характеристикам корпусов и блоков питания.

Пульсации - импульсы и короткие всплески напряжения на линии питания. Возникают из-за работы преобразователей напряжения.

Коэффициент мощности, КМ (PF) - соотношение активной потребляемой мощности от электросети и реактивной. Последняя присутствует всегда, когда ток нагрузки по фазе не совпадает с напряжением сети либо если нагрузка является нелинейной.

Активная схема коррекции КМ (APFC) - импульсный преобразователь, у которого мгновенный потребляемый ток прямо пропорционален мгновенному напряжению в сети, то есть имеет только линейный характер потребления. Этот узел изолирует нелинейный преобразователь самого БП от электросети.

Пассивная схема коррекции КМ (PPFC) - пассивный дроссель большой мощности, который благодаря индуктивности сглаживает импульсы тока, потребляемые блоком. На практике эффективность подобного решения довольно низкая.

В современном мире развитие и устаревание комплектующих персональных компьютеров происходит очень быстро. Вместе с тем один из основных компонентов ПК – форм-фактора ATX – практически не изменял свою конструкцию последние 15 лет .

Следовательно, блок питания и суперсовременного игрового компьютера, и старого офисного ПК работают по одному и тому же принципу, имеют общие методики диагностики неисправностей.

Материал, изложенный в этой статье, может применяться к любому блоку питания персональных компьютеров с минимумом нюансов.

Типовая схема блока питания ATX приведена на рисунке. Конструктивно он представляет собой классический импульсный блок на ШИМ-контроллере TL494, запускающемся по сигналу PS-ON (Power Switch On) с материнской платы. Все остальное время, пока вывод PS-ON не подтянут к массе, активен только источник дежурного питания (Standby Supply) с напряжением +5 В на выходе.

Рассмотрим структуру блока питания ATX подробнее. Первым ее элементом является
:

Его задача – это преобразование переменного тока из электросети в постоянный для питания ШИМ-контроллера и дежурного источника питания. Структурно он состоит из следующих элементов:

• Предохранитель F1 защищает проводку и сам блок питания от перегрузки при отказе БП, приводящем к резкому увеличению потребляемого тока и как следствие – к критическому возрастанию температуры, способному привести к пожару.
• В цепи «нейтрали» установлен защитный терморезистор, уменьшающий скачок тока при включении БП в сеть.
• Далее установлен фильтр помех, состоящий из нескольких дросселей (L1, L2 ), конденсаторов (С1, С2, С3, С4 ) и дросселя со встречной намоткой Tr1 . Необходимость в наличии такого фильтра обусловлена значительным уровнем помех, которые передает в сеть питания импульсный блок – эти помехи не только улавливаются теле- и радиоприемниками, но и в ряде случаев способны приводить к неправильной работе чувствительной аппаратуры.
• За фильтром установлен диодный мост, осуществляющий преобразование переменного тока в пульсирующий постоянный. Пульсации сглаживаются емкостно-индуктивным фильтром.

Источник дежурного питания – это маломощный самостоятельный импульсный преобразователь на основе транзистора T11, который генерирует импульсы, через разделительный трансформатор и однополупериодный выпрямитель на диоде D24 запитывающие маломощный интегральный стабилизатор напряжения на микросхеме 7805. Эта схема хотя и является, что называется, проверенной временем, но ее существенным недостатком является высокое падение напряжения на стабилизаторе 7805, при большой нагрузке приводящее к ее перегреву. По этой причине повреждение в цепях, запитанных от дежурного источника, способно привести к выходу его из строя и последующей невозможности включения компьютера.

Основой импульсного преобразователя является ШИМ-контроллер . Эта аббревиатура уже несколько раз упоминалась, но не расшифровывалась. ШИМ – это широтно-импульсная модуляция, то есть изменение длительности импульсов напряжения при их постоянной амплитуде и частоте. Задача блока ШИМ, основанного на специализированной микросхеме TL494 или ее функциональных аналогах – преобразование постоянного напряжения в импульсы соответствующей частоты, которые после разделительного трансформатора сглаживаются выходными фильтрами. Стабилизация напряжений на выходе импульсного преобразователя осуществляется подстройкой длительности импульсов, генерируемых ШИМ-контроллером.

Важным достоинством такой схемы преобразования напряжения также является возможность работы с частотами, значительно большими, чем 50 Гц электросети. Чем выше частота тока, тем меньшие габариты сердечника трансформатора и число витков обмоток требуются. Именно поэтому импульсные блоки питания значительно компактнее и легче классических схем с входным понижающим трансформатором.

За включение блока питания ATX отвечает цепь на основе транзистора T9 и следующих за ним каскадов. В момент включения блока питания в сеть на базу транзистора через токоограничительный резистор R58 подается напряжение 5В с выхода источника дежурного питания, в момент замыкания провода PS-ON на массу схема запускает ШИМ-контроллер TL494. При этом отказ источника дежурного питания приведет к неопределенности работы схемы запуска БП и вероятному отказу включения, о чем уже упоминалось.

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.

Питание материнской платы . Изначально блоки питания формата ATX имели 20-ти контактный разъем питания материнской платы. Он имен один контакт +12 V по которому возможно подача тока до 6 А (при использовании стандартных контактов Molex. Так же есть контакты Molex HCS — 9 А и Molex Plus HCS — 11 А. Кроме названия информации о них никакой не нашел. Какие контакты используются в современных комплектующих пока не известно). Этого вполне хватало до появления слотов PCI-E. В связи с этим основное питание было увеличено до 24 контактов. Добавили еще по одной линии +3.3 V, +5 V, +12 V и земля.

Последние 4 контакта 11,12,23 и 24 сделаны съемными и не используются при подключении к 20-ти контактной розетке материнской платы. Это сделано для совместимости. Так же можно подключить 20-ти контактный разъем блока питания к 24 контактному на материнской плате в случае новой платой и старого блока. В этом случае лучше обойтись встроенным в процессор видео, т.к. при использовании дискретного графического адаптера возможна нехватка питания для слота PCI-E со всеми вытекающими последствиями вплоть до возможности купить новый компьютер .

3.3 V Sense (Коричневый) — контакт предназначенный для обратной связи. С помощью него блок питания регулирует напряжение +3.3 V.

5 V (Белый) — в современных блоках питания не используется и исключен из 24-х контактного разъема. Использовался для обратной совместимости шины ISA.

Power ON (Зеленый) — контакт позволяющий современным операционным системам управлять блоком питания. При выключении компьютера через меню «Пуск» система с Power ON отключит блок питания. Системы без контакта Power ON способны лишь вывести сообщение, что компьютер можно выключить.

Power good (Серый) — имеет напряжение +5 V и может колебаться в допустимых пределах от +2,4 V до +6 V. При нажатии на кнопку POWER (включение компьютера) блок питания включается и производит самотестирование и стабилизацию напряжений на выходе +3.3 V, +5 V и +12 V. Этот процесс занимает 0,1-0,5 с. После чего блок питания посылает материнской плате сигнал Power good. Этот сигнал принимает чип управления питанием процессора и запускает последний. При скачках или пропадании напряжения на входе блока питания материнская плата не получает сигнал Power good и останавливает процессор. При возобновлении питания на входе так же восстанавливается сигнал Power good и происходит запуск системы. Таким образом, благодаря сигналу Power good, компьютер гарантировано получит только качественное питание, что в свою очередь позволяет повысить надежность и работоспособность всей системы.

Питание процессора . Питание процессора осуществляется через устройство называемое Voltage Regulator Module (VRM). Модуль преобразует напряжение с +12 V до необходимого процессору и имеет коэффициент полезного действия (КПД) около 80%. Изначально, когда процессоры потребляли минимум энергии и питались от +5 V, достаточно было питания через материнскую плату. Было всего 12 контактов (2 по 6). С ростом производительности выросла и потребляемая мощность. Современные процессоры потребляют до 130 Вт и это без разгона. Задача стояла следующая, обеспечить питание процессора не расплавив при этом контакты на материнской плате. Для этого перешли с +5 V на +12 V, т.к. это дало возможность снизить ток более чем на 50% сохраняя мощность. Через один контакт +12 V на материнской плате можно было передавать до 6 А (2-ая линия +12 V питает слоты PCI-E). Решение было позаимствовано как обычно из серверного сегмента. Для процессора сделали отдельный разъем напрямую от блока питания.

Разъем состоял из 4-х контактов 2-ва +12 V и 2 — земля. По спецификации имелась возможность подачи до 8 А на контакт.

Для топовых процессоров использовалось несколько VRM модулей. Что бы лучше распределить нагрузку между ними было принято решение использовать два 4-х контактных разъема объединенных физически в один 8-ми контактный

Как видно из рисунка выше разъем содержит 4 линии +12 V, что обеспечивает стабильным питанием самые мощные процессоры. Разъем может быть разделен на 2 по 4 контакта.

Так же стоит отметить что особо мощные блоки питания (мне попадались от 1000 Вт и выше) имеют два 8-ми контактных разъема. Вероятно для питания систем включающих два процессора

Питание графического адаптера . 24-х контактный разъем питания материнской платы обеспечивает 75 Вт для слота PCI-E. Этого хватаем лишь для графических адаптеров начального уровня. Для более продвинутых решений используется дополнительный 6-ти контактный разъем

Этот разъем подводит дополнительно 75 Вт и в результате 150 Вт для графического адаптера.

В 2008 году ввели 8-ми контактный разъем питания видеокарт

Сие обеспечивает дополнительно 150 Вт, что в сумме дает 225 Вт. Оба разъема обратно совместимы. Это значит, что 6-ти контактный разъем питания можно подключить к 8-ми контактному на графическом адаптере сдвинув его в сторону. И наоборот 8-ми контактный разъем блока питания компьютера можно подключить к 6-ти контактному на графическом адаптере. Конструкция разъема исключает некорректное подключение.

Кроме линий +12 V и земли на обоих разъемах присутствуют контакты Sense. Графический адаптер использует их для определения какой (6-ти или 8-ми контактный) разъем подключен к видеоадаптеру и подключен ли вообще разъем. Если разъем не подключен система на запустится. Если вместо 8-ми контактного разъема подключен 6-ти контактный в зависимости от прошивки графической карты система может не запуститься вообще либо запуститься с ограниченной функциональностью

8-ми контактный разъем питания графического адаптера и 8-ми контактное питание процессора имеют разные ключи (защита от дурака) благодаря чему вы не имеете возможности подключить разъемы не корректно. Так же эти разъемы по разному разделены: для питания графического адаптера 6+2, для питания процессора 4+4 или слитно 8 контактов.

В некоторых блоках питания разъемы PCI-E, для лучшей идентификации, маркируются наклейкой с надписью «PCI-Express»

Важно! Все разъемы блока питания подключаются без особого усилия!

У графических адаптеров среднего и высшего ценового сегмента присутствуют сразу два разъема. В зависимости от мощности: 2х6, 1х6 и 1х8, 2х8.

Бывают случаи когда блок питания не имеет достаточно разъемов питания PCI-E. В таких ситуациях используют Y-образные переходники

Переходник использует два «молекcа» для подключения периферии, т.к. необходимо две линии +12 V для одного 6-ти контактного разъема.

При подключении графического адаптера через переходник убедитесь что линия +12 V выдержит. То есть, найдите в обзорах или на официальном сайте информацию по энергопотреблению видеокарты. После посмотрите характеристику блока питания (на наклейке БП или на сайте производителе) по линии +12 V

Сложите максимальную мощность графических адаптеров и TDP процессора , полученную сумму я умножаю на 1.5 и сравниваю с цифрой в характеристике блока питания. Если полученное значение мощности больше приведенного в характеристике, то возможны проблемы, если меньше — можно пробовать. Если же у вас современный блок питания и цифра получается впритык или даже чуть меньше чем в характеристике, то можно пробовать видеокарту в своих приложениях. Маловероятно, что вы загрузите ее на 100%. Если же у вас старый блок питания , лучше не рисковать.

Питание периферийных устройств . Практически все периферийные устройства питаются от следующий разъемов:

• питание периферийных устройств
• питание флоппи-дисковода
• питание Serial ATA

Питание периферийный устройств . Обычно называется Molex так как производится фирмой с одноименным названием

Имеет 4 контакта: +5 V, +12 V и 2 земля. Рассчитан на ток 11 А на контакт. Используется для подключения старых жестких дисков , оптических приводов, вентиляторов и других устройств использующих питание +5 V или +12 V

Конструкция вилки предусматривает ключи (срезанные углы) препятствующие некорректному подключению периферийный устройств. Некоторые производители (Sirtec в частности) изготавливают данный разъем со специальными полукруглыми приспособлениями для более легкого отсоединения от устройств.

Питание флоппи-дисковода . Питание менее мощных периферийных устройств. Имеет так же 4 контакта. Расстояние между контактами, по сравнению с предыдущим разъемом уменьшено в 2 раза и составляет 2.5 мм

Каждый контакт рассчитан на ток 2 А, что определят максимальную мощность разъема в 34 Вт

В отличии от вилки для питания периферийных устройств в этом контакты +5 V и +12 V перевернуты. Флоппи-дисковод можно подключать «на ходу». Для этого сначала необходимо подключить кабель данных, а затем кабель питания. Отключение происходит в обратной последовательности. Убедитесь, что не используете FDD-дисковод, отключите питание затем шнур данных. Вилка флоппи-дисковода содержит ключ для корректного подключения, но при соединении необходимо быть внимательным (особенно на «ходу»), можно легко сместить контакты при подключении.

Питание Serial ATA . Все современные накопители как HDD так и SSD подключаются этим разъемом

Это 15 контактная вилка для подключения периферии где на каждую линию питания приходится по 3 контакта

Обеспечивает такую же мощность как и стандартный разъем для периферии. Так же на одной стороне присутствует ключ препятствующий некорректному подключению. Для устаревших блоков питания применяются переходники следующего типа, позволяющие подключить одно или два устройства SATA

В переходниках отсутствует линия питания +3.3 V, т. к. современные HDD и SSD ее не используют.

Коэффициент полезного действия — КПД блоков питания

Любое устройство питающееся от сети переменного тока имеет свой коэффициент полезного действия (КПД). Блоки питания компьютера не исключение. КПД — это то количество энергии которое выполняет полезную функцию (питание компьютера). Все остальное преобразуется в тепло. На данный момент существуют уровни эффективности представленные в таблице ниже

Преимущества высокого КПД блока питания:

• меньшее потребление энергии в сравнении с блоком питания без соответствующей сертификации. Например блок питания 500 Вт с сертификацией 80 Plus Gold (КПД 90%) и без сертификации (КПД порядка 75%). При нагрузке в 50% (250 Вт) сертифицированный блок питания будет расходовать от сети 277 Вт, не сертифицированный — 333 Вт.
• меньший нагрев так как значительно меньше тепла необходимо рассеять
• более продолжительный срок работы блока питания за счет более низких температур
• меньше шум, так как для отвода небольшого количества тепла требуется вентилятор работающий на более низких оборотах
• более качественное питание для комплектующих, следовательно более надежная и стабильная работа всего компьютера
• минимальное искажение характеристик сети питания. Каждое устройство питающееся от сети переменного тока вносит свои помехи. В сертифицированных блоках питания применяется специальное устройство APFC (Active Power Factor Correction) повышающее КПД и практически исключающее помехи от блока питания компьютера .

Недостаток один — цена, с лихвой компенсируется преимуществами.

Внутреннее устройство и принцип работы источников питания для компьютера

Коротко опишем принцип работы компьютерного блока питания

На вход подается питание 220 V / 50 Гц (в идеальном случае). В противном случае работает фильтр (1) который убирает пульсации и помехи сети. После питание подается на инвертор сетевого напряжения (2), который увеличивает частоту с 50 Гц до 100 Кгц и выше. Благодаря чему имеется возможность использовать дешевые трансформаторы (3) малых габаритов. Этот трансформатор благодаря высокой частоте может передать огромную мощность при преобразовании высоковольтного напряжения в низковольтное. Рядом с основным трансформатором располагается так же трансформатор дежурного напряжения. Последнее присутствует всегда при подаче питания к блоку. Далее в работу вступают диодные сборки (5), которые вместе с конденсаторами и дросселями сглаживают высокочастотные пульсации и выдают постоянные напряжения подающиеся непосредственно компонентам компьютера.

Основной дроссель групповой стабилизации (6). Применяется в блоках питания среднего ценового диапазона и отвечает за стабилизацию всех выходных напряжений. Если нагрузка на одном из каналов резко увеличивается — напряжение проседает. При такой схеме блок питания повышает напряжения сразу на всех линиях. Качественные, дорогие блоки питания, имеют полностью независимые линии питания, благодаря чему этого эффекта не возникает.

Схема управления частотой вращения вентилятора (7). Позволяет регулировать обороты «карлсона». Так же присутствует плата контроля напряжения и потребляемого тока. Она отвечает за защиту блока от коротких замыканий и перегрузки.

Блоки питания высокого уровня преимущественно изготавливают с модульным подключением кабелей. В этом случае присутствует плата с силовыми разъемами (8) куда непосредственно подключаются провода

• Материнская плата — 50 Вт
• Процессор от 35 до 130 и выше. Необходимо смотреть по уровню TDP в спецификациях
• Модуль памяти — 5 Вт
• HDD и оптический привод — 15 — 20 Вт
• SSD — менее 10 Вт
• вентилятор — от 0,5 до 5 Вт
• графический адаптер — необходимо смотреть в спецификациях

Для систем со встроенным, в процессор, видео хватит блока питания 400-500 Вт. Точнее хватит и 250 Вт, но лучше взять с запасом.

Как и где смотреть приблизительное энергопотребление процессора. Заходим на официальный сайт фирмы производителя, находим свой продукт и смотрим характеристики. Нас интересует поле Max. TDP. Эту цифру принимаю за энергопотребление процессора при расчете.

С графическими адаптерами проще. Так же заходим на официальный сайт производителя графических чипов, ищем свой продукт. Открываем вкладку спецификация и если это видеокарта фирмы nvidia, то в разделе «Мощность и температура» находим показатели потребления карты и рекомендации по мощности блока питания. У конкурента потребление карты не нашел, необходимо прочитать обзор, но так же есть рекомендации по необходимой мощности блока питания.

При сборе систем с несколькими графическими адаптерами следует точно знать сколько максимально потребляет данная модель. Данную цифру умножить на количество графических адаптеров в системе, добавить потребление процессора и других устройств. Полученную сумму умножить на 2 и получится мощность рекомендуемого блока питания с приличным запасом. Почему рекомендуют выбирать мощность блока питания с запасом? Потому что, если в одной комнате будет стоять несколько компьютеров с одинаковыми комплектующими, но с различными по мощности блоками питания и параметры питания будут оставлять желать лучшего. При таком раскладе стабильнее будут системы с более мощными блоками питания .

Вывод

В данной статье мы разобрались в характеристиках блока питания компьютера. Подробно разобрали разъемы с помощью которых питаются все комплектующие системы. Разъемы имеют определенные ключи «защита от дурака» и не прикладывая слишком много «ньютонов» при сборке, вы корректно соберете систему. Так же мы поверхностно прошлись по внутреннему строению и принципу работы блока питания компьютера . Узнали, что благодаря повышению частоты с 50 Гц до 100 Кгц и выше удается разместить все компоненты блока в скромных габаритах, без потери мощности. Было рассказано о сертификации блока питания и коэффициенте полезного действия КПД. Рассмотрели положительные и отрицательные стороны высокой эффективности. Это не только меньшие счета за электричество, которые за 3-4 года сведет разницу в стоимости к нулю, но и более стабильная и надежная работа вашего компьютера.

P.S. Выбирайте блок питания для вашего компьютера с запасом по мощности в 1.5 — 2 раза и как можно более высокого стандарта сертификации. Это гарантирует вашему персональному компьютеру качественное и стабильное питание.

С удовольствием отвечу на вопросы в комментариях. Благодарю, что поделились статьей в социальных сетях. Всего Вам Доброго!