Работа любого компьютера невозможна без блока питания. Поэтому стоит отнестись серьезно к выбору. Ведь от стабильной и надежной работы БП будет зависеть работоспособность самого компьютера.
Что это такое
Главной задачей блока питания является преобразование переменного тока и дальнейшее формирование требуемого напряжения, для нормальной работы всех комплектующих ПК.
Напряжение, требуемое для работы комплектующих:
- +12В;
- +3,3В.
Кроме этих заявленных величин существует и дополнительное величины:
- -12В;
БП выполняет роль гальванической развязки между электрическим током из розетки и комплектующими потребляющие ток. Простой пример, если произошла утечка тока и человек дотронулся до корпуса системного блока его ударило бы током, но благодаря блоку питания этого не происходит. Часто используются источники питания (ИП) формата ATX.
Обзор схем источников питания
Главной частью структурной схемы ИП, формата ATX, является полумостовой преобразователь. Работа преобразователей этого типа заключается в использовании двухтактного режима.
Стабилизация выходных параметров ИП осуществляется применением широтно-импульсной модуляции (ШИМ-контроллер) управляющих сигналов.
В импульсных источниках питания часто используется микросхема ШИМ-контроллера TL494, которая обладает рядом положительных свойств:
- приемлемые рабочие характеристики микросхемы. Это – малый пусковой ток, быстродействие;
- наличие универсальных внутренних элементов защиты;
- удобство использования.
Простой импульсный БП
Принцип работы обычного импульсного БП можно увидеть на фото.
Первый блок выполняет изменение переменного тока в постоянный. Преобразователь выполнен в виде диодного моста, который преобразовывает напряжение, и конденсатора, сглаживающего колебания.
Кроме этих элементов могут присутствовать еще дополнительные комплектующие: фильтр напряжения и термисторы. Но, из-за дороговизны, эти комплектующие могут отсутствовать.
Генератор создает импульсы с определенной частотой, которые питают обмотку трансформатора. Трансформатор выполняет главную работу в БП, это – гальваническая развязка и преобразование тока до требуемых величин.
Видео: Принцип работы ШИМ контроллера БП
АТХ без коррекции коэффициента
Простой импульсный БП хоть и рабочее устройство, но на практике его использовать неудобно. Многие из его параметров на выходе «плавают», в том числе и напряжение. Все эти показатели изменяются из-за нестабильного напряжения, температуры и загруженности выхода преобразователя.
Но если осуществлять управление этими показателями с помощью контроллера, который будет выполнять роль стабилизатора и дополнительные функции, то схема будет вполне пригодной для применения.
Структурная схема БП с использованием контроллера широтно-импульсной модуляции проста и представляет генератор импульсов на ШИМ-контроллере.
ШИМ-контроллер регулирует амплитуду изменения сигналов проходящих через фильтр низких частот (ФНЧ). Главным достоинством являются высокие показатели КПД усилителей мощности и широкие возможности в использовании.
АТХ с коррекцией коэффициента мощности
В новых источниках питания для ПК появляется дополнительный блок – корректор коэффициента мощности (ККМ). ККМ убирает появляющиеся погрешности мостового выпрямителя переменного тока и повышает коэффициент мощности (КМ).
Поэтому производителями активно изготавливаются БП с обязательной коррекцией КМ. Это означает, что ИП на компьютере будет работать в диапазоне от 300Вт и более.
В этих БП используют специальный дроссель с индуктивностью выше чем на входе. Такой ИП называют PFC или пассивным ККМ. Имеет внушительный вес из-за дополнительного использования конденсаторов на выходе выпрямителя.
Из недостатков можно выделить невысокую надежность ИП и некорректную работу с ИБП во время переключения режима работы «батарея/сеть».
Это связано с маленькой емкостью фильтра сетевого напряжения и в момент падения напряжения повышается ток ККМ, и в этот момент включается защита от короткого замыкания.
На двухканальном ШИМ-контролере
Часто используют в современных источниках питания для компьютера двухканальные ШИМ-контроллеры. Единственная микросхема способна выполнять роль преобразователя и корректора КМ, что сокращает общее количество элементов в схеме БП.
В приведенной схеме первая часть выполняет формирование стабилизированного напряжение +38В, а вторая часть является преобразователем, который формирует стабилизированное напряжение +12В.
Схема подключения блока питания компьютера
Для подключения блока питания к компьютеру следует выполнить ряд последовательных действий:
Конструктивные особенности
Для подключения комплектующих персонального компьютера на БП предусмотрены различные разъемы. На задней его части расположен разъем под сетевой кабель и кнопка выключателя.
Кроме этого может находится еще на задней стенке БП и разъем для подключения монитора.
В различных моделях могут быть и другие разъемы:
В современных источниках питания для ПК реже устанавливают вентилятор на задней стенке, который вытягивал горячий воздух из БП. В замен этого решения начали использовать вентилятор на верхней стенке, который был больше и работал тише.
На некоторых моделях возможно встретить сразу два вентилятора. Из стенки, которая находится внутри системного блока, выходит провод со специальным разъемом для подачи тока на материнскую плату. На фото указаны возможные разъемы подключения и обозначение контактов.
Каждый цвет провода подает определенное напряжение:
- желтый - +12 В;
- красный - +5 В;
- оранжевый - +3,3 В;
- черный – заземление.
У различных производителей могут изменяться значения для этих цветов проводов.
Также есть разъемы для подачи тока комплектующим компьютера.
Параметры и характеристики
БП персонального компьютера имеет много параметров, которые могут не указываться в документации. На боковой этикетке указываются несколько параметров – это напряжение и мощность.
Мощность – основной показатель
Эта информация пишется на этикетке крупным шрифтом. Показатель мощности БП указывает на общее количество электроэнергии доступной для внутренних комплектующих.
Казалось бы, выбрать БП с требуемой мощностью будет достаточным просуммировать потребляемые показатели комплектующими и выбрать БП с небольшим запасом. Поэтому большой разницы между 200w и 250w не будет существенной.
Но на самом деле ситуация выглядит сложнее, потому что выдаваемое напряжение может быть разным - +12В, -12В и другим. Каждая линия напряжения потребляет определенную мощность. Но в БП расположен один трансформатор, который генерирует все напряжения, используемые ПК. В редких случаях может быть размещено два трансформатора. Это дорогой вариант и используется в качестве источника на серверах.
В простых же БП используется 1 трансформатор. Из-за этого мощность на линиях напряжений может меняться, увеличиваться при малой нагрузке на других линиях и наоборот уменьшаться.
Рабочие напряжение
При выборе БП следует обратить внимание на максимальные значения рабочих напряжений, а также диапазон входящих напряжений, он должен быть от 110В до 220В.
Правда большинство из пользователей на это не обращают своего внимания и выбирая БП с показателями от 220В до 240В рискуют к появлению частых отключений ПК.
Такой БП будет выключаться при падении напряжения, которые не редкость для наших электросетей.Превышение заявленных показателей приведет к выключению ПК, сработает защита. Чтобы включить обратно БП придется отключить его от сети и подождать минуту.
Следует помнить, что процессор и видеокарта потребляю самое большее рабочее напряжение в 12В. Поэтому следует обращать внимание на эти показатели.Для снижения нагрузки на разъемы, линию 12В разделяют на пару параллельных с обозначением +12V1 и +12V2. Эти показатели должны быть указаны на этикетке.
Перед тем как выбрать для покупки БП, следует обратить внимание на потребляемую мощность внутренними компонентами ПК.
Но некоторые видеокарты требуют особый потребляемый ток +12В и эти показатели следует учитывать при выборе БП. Обычно для ПК, в котором установлена одна видеокарта, достаточно источника с мощностью в 500вт или 600.
Также следует ознакомится с отзывами покупателей и обзорами специалистов о выбранной модели, и компании производителе. Лучшие параметры, на которые следует обратить внимание, это: мощность, тихая работа, качество и соответствие написанным характеристикам на этикетке.
Экономить при этом не следует, ведь от работы БП будет зависеть работа всего ПК. Поэтому чем качественнее и надежнее источник, тем дольше прослужит компьютер. Пользователь может быть уверен, что сделал правильный выбор и не беспокоится о внезапных выключениях своего ПК.
>Объясняем просто
Читатель может не переживать: это интересно и не скучно. Мы в простых словах объясним, как устроено питание компьютера, а потом на конкретных примерах рассмотрим технические вопросы. Мы объясним, как настраивать энергоэффективность и следить за потерями мощности. И, далее, сделаем несколько замечаний касательно безопасности, которые следует учесть перед тем, как переходить от теории к практике.
Примеры из практики
Большой размер против компактного, энергоэффективность против производительности; мы протестируем три компьютера с различной архитектурой энергоснабжения, подсчитаем, сколько мощности они расходуют и, наконец, подытожим, какого типа блок питания лучше использовать для получения лучших результатов по соотношению энергопотребления и производительности.
Немного о частоте
Помните старые ламповые радиоприёмники, которые были в ходу давным-давно? Так вот: их большой вес объяснялся не только использованием деревянного каркаса. Свою роль играл и тяжелый, массивный трансформатор; он, как ни странно, имеет прямое отношение к нашей теме.
Именно в этих устройствах был применён инженерный трюк, который позже станет неотъемлемой частью любого современного источника питания. Для преобразования высоких значений переменного тока в низкие и достижения гальванического разделения протекающего тока там применялись трансформаторы, сделанные из железных пластин.
Если обычный трансформатор на 50 Гц будет сравнительно большого размера, то так называемые выходные трансформаторы, которые могут работать с переменным напряжением с частотой от 100 Гц до 16 кГц куда меньше, и при этом имеют такую же мощность. Чем сильнее частотная характеристика будет урезана снизу, тем более мощным можно сделать трансформатор при сохранении прежних размеров. Впоследствии, с изобретением таких новых компонентов, как электровакуумный диод и, позднее, применения полупроводников, их преимущества стали использоваться и в других областях, открывая новые возможности.
Что это значит применительно к моему ПК?
Высокое энергопотребление современных компьютеров диктует более высокие требования к блокам питания, так что обычные трансформаторы их уже не удовлетворяют. Они были бы слишком большими и неудобными. Вместо этого сейчас используются импульсные источники питания, в которых применяется тот же "трюк" с частотой, как на старых радиолампах. Они выполняют работу по максимально эффективному обеспечению оборудования электроэнергией. Аналоговые решения не подходят для современной техники. Вместо этого сегодня применяются транзисторы, которые преобразуют частоту напряжения в сети, что позволяет нам использовать трансформаторы меньшего размера. Именно в этой технологии корни названия "импульсный блок питания" ("switching power supply"). Далее мы подробно рассмотрим, как это всё работает. Не беспокойтесь: это проще, чем вы думаете.
Что внутри и как оно работает?
Преобразование напряжения в импульсном источнике питания включает в себя несколько шагов. Фильтр основного напряжения отвечает за пики напряжения, гармоники и помехи, возникающие в сети. На втором этапе переменный ток выпрямляется и стабилизируется. Сейчас мы имеем дело с напряжением 350 В, которое потом через инвертор трансформируется в переменное напряжение с частотой от 35 до 50 кГц. Современные компактные трансформаторы работают именно с такой частотой.
Системе требуются разные напряжения: 3,3, 5 и 12 В, поэтому у простых блоков питания может использоваться одна выходная обмотка с отводами для напряжений с разным количеством витков, или отдельные обмотки для каждого напряжения. Блоки питания высшей ценовой категории имеют отдельные трансформаторы для разных рабочих напряжений, которые затем снова выпрямляются и стабилизируются. Важно, чтобы эти напряжения оставались постоянными. Вне зависимости от степени потребления энергии системы, напряжение не должно отклоняться больше, чем на 5 процентов. В блоки питания для этого встраивается специальный контур регулирования. По этой же причине импульсный источник питания всегда находится в работе: в противном случае вам грозит перепад напряжения.
Это подводит нас к следующей теме: эффективность. Когда вы смотрите на новую машину, логично спросить у продавца: "Ну, и какой у неё расход бензина на 100 км?" Что касается ПК, то они не расходуют топлива, однако вопрос эффективности актуален и для них. Это, кстати, одна из распространённых ошибок у людей, которые сами собирают свои компьютеры: увеличенное энергопотребление приводит к серьёзному увеличению итоговой стоимости оборудования. Хотите убедиться, что вы не сделаете эту ошибку? Читайте дальше.
Эффективность, эффективность, эффективность!
Сколько нужно и сколько затрачивается?
Немного перефразируем этот вопрос. Как правило, мы называем эффективностью соотношение количества потребляемой и реально тратящейся энергии. Для повышения эффективности, таким образом, нужно, чтобы блок питания с пользой передавал максимальное количество энергии, которую он берёт от сети.
Это так, но нам бы хотелось развеять одно распространённое заблуждение касательно эффективности. Если мы используем блок питания мощностью 500 Вт, КПД которого 75 %, то это не означает, что питание ПК составит 375 Вт. Наоборот: питание компьютера будет по-прежнему 500 Вт, однако потребление энергии составит 666 Вт. Таким образом, правильная формулировка нашего вопроса будет такой: "Сколько энергии тратится для того, чтобы обеспечить компьютер заявленной мощностью?"
Пример:
Предположим, что наш ПК требует 600 Вт электроэнергии. Эффективность блока питания составляет 80 %. Вот что мы получим в этом случае:
600 Вт / 0,80 = 750 Вт
Теоретически, для питания компьютера в этом случае тратится 750 Вт, 150 Вт из которых тратится впустую (как правило, рассеивается в виде тепла).
Даже потери не постоянны
Подсчёты из нашего примера будут актуальны только в идеальной ситуации и поскольку мы не располагаем супер-эффективными технологиями, как в Star Trek, вещи работают далеко не так, как это заявляется. Компьютер работает в различных режимах, от режима простоя до полной нагрузки, плюс множество промежуточных вариантов. Очевидно, что при работе в режиме простоя будет расходоваться минимальное количество энергии, а в режиме полной нагрузки (обработка 3D-графики, сложные вычисления) - максимальное. Таким образом, вряд ли мы столкнёмся с постоянными показателями потребления энергии. Нам придётся работать как минимум с двумя схемами (режим простоя и режим полной нагрузки). Теперь давайте посмотрим на эффективность нашего гипотетического блока питания на 600 Вт в разных режимах.
Картина немного усложняется. Если посмотреть на кривую, то самая высокая эффективность достигается при уровне 50% от возможной суммарной нагрузки.
Наблюдательный читатель может предположить, что решить эту проблему можно, просто используя вдвое более мощный блок питания. Это, в принципе, верно, однако мы забываем про одну вещь, а именно - режим простоя. В этом плане у современных блоков питания начинаются проблемы. При сокращении нагрузки до 20% их эффективность падает до 60 или даже 50%. И, как ни странно, ситуация выглядит только хуже с использованием энергосберегающих механизмов, которые реализованы в современных компьютерах. Так, например, мощная система с хорошей видеокартой, которая тратит в режиме полной нагрузки 600 Вт, в режиме простоя будет обходится всего лишь в 65 Вт. Ясно, что нельзя перегружать блок питания, однако не очень оправдано и "недогружать" его.
Пример:
Итак, предположим, что наш блок питания на 600 Вт поставляет компьютеру 65 Вт мощности. Какова будет нагрузка?
(100% / 600 Вт) * 65 Вт = 10,83%
Теперь посмотрим на график, и станет понятно, что не всё так уж хорошо. После этого повторим наши расчеты, на сей раз - предполагая, что эффективность составит 68 %.
65 Вт / 0,68 = 96,6 Вт
Несмотря на то, что система действительно тратит только 65 Вт, блок питания всё равно ест 100 Вт и переводит остатки в тепло. Причём это - расчёт для более эффективного из двух наших гипотетических блоков питания. Ясно, что в перспективе долгого использования такое устройство приведёт к неприятным дополнительным затратам.
Впрочем, это всё же гипотетический пример. Дальше мы собираемся говорить о том, что будет происходить в реальной практике. Как выяснилось, мы легко можем проследить воздействие эффективности. Мы собираемся, помимо прочего, доказать, что дешёвые блоки питания в перспективе долгосрочного использования оказываются дороже, чем это можно предположить.
Немного о мощности
Не беспокойтесь, для понимания, как это работает, вам не потребуются университетские знания физики. Мы просто объясним, чем отличается хороший блок питания от плохого. Если вы знаете основные принципы работы, то вряд ли совершите неудачную покупку. Итак, идём дальше.
Реактивный ток и реактивная мощность
Одна из важных проблем, касающихся энергопотребления при использовании импульсных источников питания - это "реактивный" ток, вызванный индуктивностью. Обратите внимание, что потребляемая мощность в режиме ожидания не имеет ничего общего с режимом простоя. Кроме того, нагрузка в этом случае никак не пересекается с энергопотреблением при полной нагрузке, однако использует те же компоненты. Реактивную мощность нужно существенно снижать (в лучшем случае её вообще быть не должно), чтобы она не приводила к потере энергии на сопротивлении, которая будет выделяться в виде тепла. Подобное бесполезное потребление энергия должна уменьшаться практически до нуля внутренними цепями импульсных блоков питания.
Эффективная мощность и полная мощность
Эффективная мощность противоположна реактивной в том, что она отражает реальное энергопотребление. Полная мощность представляет собой сумму активной и реактивной мощностей.
Коэффициент мощности
Этот показатель высчитывается как отношение между эффективной мощностью и полной мощностью и находится в промежутке между 0 (худший результат) и 1 (идеальный результат). Итак, при покупке блока питания вам нужно убедиться, что у него высокий коэффициент мощности: это один из ключевых показателей качества для блоков питания.
Active PFC
Active Power Factor Correction (PFC) означает активную коррекцию коэффициента мощности. Коэффициент мощность является важной характеристикой для блока питания, поскольку он отражает соотношение между активной и полной мощностями.
Преимущества:
- Идеальной можно считать активную мощность около 99%;
- Высокая эффективность (при низких нагрузках уже меньше);
- Очень стабильная подача питания;
- Меньшее энергопотребление;
- Меньшее тепловыделение;
- Меньший вес.
Недостатки:
- Стоит дороже;
- Большая вероятность выхода из строя.
Passive PFC
С помощью пассивной коррекции коэффициента мощности реактивные токи можно снижать, используя крупные катушки индуктивности. Подобный способ проще и дешевле, но он не самый эффективный.
Преимущества:
- Стоит дешевле;
- Отсутствие электромагнитных помех.
Недостатки:
- Требуется лучшее охлаждение;
- Не подходит для высоких нагрузок;
- Высокое энергопотребление (потери энергии);
- Тяжелее;
- Низкая активная мощность (примерно от 70% до 80%).
Как определить эффективность блока питания?
Основные принципы, правила и положения
Одним из ключевых показателей эффективности блока питания является, соответствует ли он стандартам Energy Star 5.0 и 80 PLUS. Последний будет приоритетным для вычислительной техники и является стандартом, признанным повсеместно в мире. Кроме того, если речь идёт о европейских странах, то нужно также проверить соответствие стандартам CE и ErP.
Блоки питания стандарта 80 PLUS являются более эффективными.
Принципы и спецификации, естественно, влияют на эффективность и на качество питания. Блок питания, отмеченный сертификатом 80 PLUS, будет соответствовать определенным требованиям, что устанавливается посредством набора тестов. Мы хотели бы упомянуть, что условия стрессового тестирования 80 PLUS не соответствуют напрямую спецификации ATX, при этом они выполняются в условиях американских электрических сетей питания, работающих с меньшим напряжением. В условиях России и Европы, с сетями 230 В, эффективность блоков питания 80 PLUS будет чуть выше, чем в США.
Концепция 80 PLUS была расширена: сейчас она подразумевает несколько уровней эффективности, Platinum, Gold, Silver и Bronze, и спецификации каждого из этих стандартов имеют собственный набор требований. Таким образом, блок питания стандарта "80 PLUS Platinum" или "80 PLUS Gold" будет более эффективным, чем обычный блок питания. В то же время, эти блоки питания и стоят дороже.
По таблице ниже можно проследить, как уровень спецификации устройства влияет на его работу при заданной нагрузке, и оценить каждый конкретный уровень спецификации.
| Эффективность при нагрузке 20% | Эффективность при нагрузке 50% | Эффективность при нагрузке 100% | |
| 80 Plus | 80,00% | 80,00% | 80,00% |
| 80 Plus Bronze | 82,00% | 85,00% | 82,00% |
| 80 Plus Silver | 85,00% | 88,00% | 85,00% |
| 80 Plus Gold | 87,00% | 90,00% | 87,00% |
| 80 Plus Platinum | 90,00% | 92,00% | 89,00% |
Потребление энергии выключенного компьютера
При выключении компьютера? блок питания, как правило, продолжает работать. Это необходимо для поддержки некоторых функций, как Wake-on-LAN. Блок питания будет тратить некоторое количество мощности даже тогда, когда компьютер выключен. Современные блоки питания, особенно те, которые продаются в Европе, согласно заявлениям производителей, тратят не более 1 Вт в таком режиме. Если для вас действительно важна экономия, то такое решение будет правильным.
Какие линии напряжения важны для ПК?
Мы подходим к одному из ключевых моментов, связанных с энергопотреблением: мощность, затрачиваемая при различных входных напряжениях. Современные ПК потребляют большую часть энергии по линии 12 В. Два других напряжения (3,3 В и 5 В) нельзя назвать несущественными, но их роль за последние годы значительно снизилась. Как правило, если блок питания соответствует требованиям по линии 12 В, то он будет достаточен и для других линий. Но вот обратное уже не совсем верно. Давайте посмотрим на заявленные спецификации двух блоков питания.
Второй блок питания заявлен как модель на 550 Вт, но по двум 12 В линиям он может давать мощность всего 380 Вт. При этом эта мощность достигается только в том случае, если другие линии не используются. Сегодня никому не требуется мощность 315 Вт по линиям 3,3 и 5 В. Поэтому данный блок питания, способный давать около 350 Вт по линии 12 В, вряд ли подойдёт для современного игрового ПК. Он хорош для рекламы высокой мощности, но энтузиастам лучше держаться от таких моделей подальше.
Базовая стоимость против энергосбережения
Качественное оборудование обойдётся дороже при покупке, однако позволит сэкономить в ходе эксплуатации. Именно поэтому мы собираемся рассмотреть определённые компоненты устройств с тем, чтобы определить, в каких условиях какой блок питания приведёт к лучшим результатам при эксплуатации. Некоторые из наших результатов могут удивить вас.
Финансовой стороной вопрос, однако, не исчерпывается: нас также интересует долговечность, надёжность и безопасность.
Безопасность приоритетнее денег: не сжечь аппаратуру
Китайские фейерверки
Кроме шуток, в реальности это серьёзный вопрос. Покупая дешёвую модель блока питания, вы рискуете погореть в буквальном смысле, причём риску подвергается не только сам блок питания, но и другие компоненты системы.
Самые важные схемы защиты в современных блоках питания
Знание - это полдела, как гласит пословица, и поэтому мы собираемся предоставить вам полную информацию. В таблице ниже вы найдёте расшифровки обозначений наиболее важных составных частей современных блоков питания. После этого достаточно будет убедиться, что в ваш блок питания включены необходимые элементы безопасности.
| Аббревиатура | Защита |
| OVP | Over-Voltage Protection (защита от перенапряжения, первичная и вторичная) |
| UVP | Under-Voltage Protection (защита от пониженного напряжения, первичная и вторичная) |
| NLO | No-Load Operation (режим "без нагрузки") |
| SCP | Short-Circuit Protection (защита от короткого замыкания) |
| OCP | Over-Current Protection (защита по току) |
| OLP (OPP) | Overload Protection (защита от перегрузки) |
| OTP | Overheating Protection (защита от перегрева) |
Качественные блоки питания, как правило, включают цифровые схемы защиты. К сожалению, некоторые компании до сих пор продают дешёвые модели, оснащённые обычным предохранителем, функции которого ограничены "защитой от короткого замыкания и перегрева".
Скупой платит дважды
Здесь у нас два наглядных примера того, что может произойти, когда имеешь дело с дешёвым оборудованием: дело пахнет палёной проводкой. Нам кажется, что эти изображения говорят сами за себя. Это выглядит достаточной причиной для приобретения приличного блока питания.
Теперь мы приближаемся к концу первой части нашего исследования. Дальше мы собираемся перейти от теории к практике и посмотреть, как наши знания могут помочь в реальном мире. Осталось провести анализ того, сколько энергии потребляют различные компоненты компьютера.
Как разобраться, что требуется от питания
Существует огромное количество он-лайн - калькуляторов для расчёта потребления электроэнергии, однако все они имеют один недостаток: для расчётов там используются максимальные показатели потребления. Принцип прост: на основании показателей работы при уровне нагрузки 55-60% делается проекция (весьма приблизительная) на другие режимы. Крупным недостатком является то, что так не учитывается потребление энергии в режиме простоя оборудования. Как мы уже писали выше, именно этот режим является важным для энергоэффективности.
Нижеследующая таблица может использоваться в качестве ориентира для того, чтобы определить, сколько энергии тратят различные компоненты системы при разных задачах. Зная конкретные цифры, можно математически подсчитать точное количество затрачиваемой энергии.
| Компонент/описание | Энергопотребление в режиме бездействия, Вт | Энергопотребление под нагрузкой, Вт | Количество | |
| Современный двуядерный процессор | 20 | 65 | 1 | |
| Современный двуядерный процессор (разгон) | 25 | 90 | 1 | |
| Современный четырёхъядерный процессор (средний уровень) | 35 | 95 | 1 | |
| Современный четырёхъядерный процессор (High-End) | 40 | 125 | 1 | |
| Современный четырёхъядерный процессор (High-End + разгон) | 45 | 140 | 1 | |
| Старый двуядерный процессор (AMD) | 35 | 90-125 | 1 | |
| Старый двуядерный процессор (Intel) | 55 | 125-140 | 1 | |
| Старый одноядерный процессор | 35 | 60-90 | 1 | |
| Современная материнская плата microATX без интегрированного GPU | 15 | 25 | 1 | |
| Современная материнская плата microATX с интегрированным GPU | 30 | 40 | 1 | |
| Обычная материнская плата среднего класса без интегрированного GPU | 20 | 35 | 1 | |
| Обычная материнская плата среднего класса с интегрированным GPU | 25 | 50 | 1 | |
| High-end материнская плата | 35 | 45 | 1 | |
| High-End материнская плата + разгон | 40 | 55 | 1 | |
| Современная память DDR2 или DDR3, на модуль 2 Гбайт | 2 | 4 | 1-4 | |
| Современная память DDR2 или DDR3, на модуль 4 Гбайт | 3 | 5 | 1-4 | |
| Разогнанная память, на модуль (предположение) | 4 | 6 | 1-4 | |
| Обычный жёсткий диск | 2 | 8-10 | Разное | |
| Твёрдотельный накопитель | 1 | 4 | Разное | |
| Только DVD-ROM | 1 | 6 | 1 | |
| Пишущий привод DVD | 1 | 10 | 1 | |
| Пишущий/читающий привод Blu-Ray | 2 | 12 | 1 | |
| Обычный кулер процессора, обязателен | 1 | 1-3 | 1 | |
| Тихий вентилятор корпуса | 2 | 2 | Разное | |
| Производительный вентилятор корпуса | 3 | 3 | Разное | |
| Дискретная звуковая карта | 2 | 8 | 0-1 | |
| ТВ-тюнер | 1 | 2-5 | 0-1 | |
| Карта контроллера | 1 | 2 | Разное | |
| Современная видеокарта для офисной работы | 10 – 16 | 35 – 75 | 1 | |
| Современная видеокарта среднего уровня | 16 – 30 | 75 – 180 | 1-2 | |
| Современная high-end видеокарта | 25 – 35 | 180 – 375 | 1-2 | |
| Лампы с холодным катодом, комплектующие для моддинга и так далее | См. информацию производителя | См. информацию производителя | Разное | |
Теперь, когда у нас есть представление о том, какую мощность затрачивают компоненты компьютера при разных вариантах загрузки, рассчитать уровень потребления энергии в режиме простоя и в рабочем режиме очень просто. Исходя из этой информации, в следующей главе мы сделаем обзор блоков питания и выберем оптимальные варианты для разных задач.
Диапазон потребляемой мощности
Рассмотрим показатели питания для трёх базовых сценариев. Сегодня доступно достаточно много методов, позволяющих снизить потребление энергии системой в режиме бездействия. Особенно это касается высокопроизводительных систем. Для них также, как правило, доступен более широкий диапазон настроек, включающий больше уровней энергопотребления. Грубо говоря, высокопроизводительные станции тратят мало энергии на холостом ходу, но при этом очень требовательны при полной загрузке.
В качестве примеров к следующей части нашей статьи мы возьмём показатели работы четырёх различных блоков питания. Это стандартный недорогой блок питания (фиолетовый), блок питания 80 PLUS (синий), модель 80 PLUS Bronze (оранжевый) и модель 80 PLUS Gold (жёлтый).
Кроме того, мы используем модель на 750 Вт, чтобы получить результаты по категории "супер-дешёвое питание". Итак, давайте посмотрим на результаты: они могут вас неприятно удивить.
Как видно, сама по себе покупка блока питания на 500 Вт ещё не решает всех проблем. Для оптимального выбора нужно учесть ещё по крайней мере два фактора: это качество и эффективность.
Пример 1: Офисный ПК
Давайте посмотрим на работу обычного компьютера, какие часто используются в офисах.
| Офисный ПК | |
| Процессор | Intel Core 2 Duo E8400 |
| Материнская плата | Abit I-N73H |
| Память | 2 x 2 Гбайт DDR2 Kingston Value RAM |
| Видеокарта | Интегрированная |
| HDD | 1 x 500 Гбайт Western Digital Caviar Blue |
| Оптический привод | Пишущий DVD |
| Внешние потребители энергии | Мышь, клавиатура |
| 53 Вт | |
| Среднее энергопотребление | 90 Вт |
| Пиковое энергопотребление | 122 Вт |
Наша задача - найти для этой системы подходящий источник питания. Здесь мы должны извиниться перед нашими читателями: поскольку основой для этой статьи послужило исследование, проведенное нашими коллегами из Штудгарта, Германия, некоторые образцы оборудования могут быть вам недоступны, в зависимости от месторасположения. Однако, суть от этого не изменится, и в любом случае у вас, скорее всего, есть доступ к аналогичным устройствам.
Кроме того, нам не удалось использовать для тестирования устройство Jumper от Huntkey на 300 Вт (80 PLUS Gold) в качестве стандартного, поскольку образец, который мы ждали в лаборатории, застрял где-то между Китаем и Германией. Поэтому мы используем в качестве эталона не его, а Super Flower 450 Вт Golden Green, несмотря на его излишнюю мощность. Таким образом, наши кандидаты выглядят следующим образом.
| Производитель | Модель | Сертификат | Цена |
| Hardwaremania24 | Нет | € 9,90 | |
| LC-POWER | LC6350 Super Silent 350 Вт | Нет | € 19,90 |
| Be Quiet | Pure PowerL7 300 Вт | 80 PLUS | € 32,00 |
| Rasurbo | Real & Power RAP 350 Вт | 80 PLUS | € 35,00 |
| Super Flower | Golden Green 450 W | 80 PLUS Gold | € 59,00 |
Результаты тестов
Итак, посмотрим, какие результаты демонстрируют устройства, которые мы взяли для тестов. Налицо явный разброс:
Разница мощности питания колеблется от 19 Вт в режиме ожидания до 11 Вт в режиме средней нагрузки (лидируют Rasurbo и Be Quiet), ну а при полной нагрузке она составит 14 Вт (здесь лучше показатели демонстрирует Super Flower). Что касается блоков питания от Hardwaremania24, то, если смотреть на показатели их работы, создаётся ощущение, что перед вами те же самые блоки питания на 250 Вт. Если вы хотите использовать их для передачи 300 Вт мощности системе, лучше предварительно обзавестись огнетушителем.
Заключение
Во всех трёх сценариях устройства, сертифицированные 80 PLUS, демонстрируют лучшие результаты. Отмеченный Gold-сертификатом Super Flower не входит в топ лидеров только по показателям полной загрузки. В целом нужно сказать, что разброс по производительности не так велик, как разброс по ценам. В целом можно сказать, что для офисного ПК лучше всего подходит блок питания небольшой мощности, сертифицированный 80 PLUS.
Что касается модели Super Flower на 450 Вт, то она, несмотря на свою сертификацию, не даёт каких-то дополнительных преимуществ, кроме показателя пикового энергопотребления. Нужно заметить, что на тестировании у нас находилась бесшумная система без вентилятора. Так что, если вы используете бесшумную систему, то выбор более дорогого блока питания будет оправдан.
Пример 2: Игровой ПК среднего уровня
И, снова, давайте посмотрим на характеристики тестируемой системы.
| Игровой ПК среднего уровня | |
| Процессор | AMD Athlon X4 640 |
| Материнская плата | MSI 870A-G45 |
| Память | 4 x 2 Гбайт DDR3 Kingston HyperX |
| Видеокарта | HIS Radeon HD 6870 |
| Жёсткий диск | |
| Оптический привод | Пишущий DVD |
| Внешние потребители энергии | Мышь, клавиатура, жёсткий диск USB |
| Энергопотребление в режиме бездействия | 78 Вт |
| Среднее энергопотребление | 126 Вт |
| Пиковое энергопотребление | 332 Вт |
А вот блоки питания, которые мы выбрали для тестирования:
| Производитель | Модель | Сертификат | Цена |
| Hardwaremania24 | Стандартный блок питания ATX 420 Вт | Нет | € 9,90 |
| LC-POWER | LC6350 Super Silent 350 Вт | Нет | € 19,90 |
| Rasurbo | Real & Power RAP 350 W | 80 PLUS | € 35,00 |
| Super Flower | Golden Green 450 Вт | 80 PLUS Gold | € 59,00 |
| Enermax | Modu 82+ II ErP 425 Вт | 80 PLUS Bronze | € 80,00 |
Результаты тестов
Давайте снова посмотрим на наши графики. Помните, что мы говорили о том, что реальные характеристики устройств не всегда соответствуют заявленным? Так вот, два устройства сошли с дистанции в процессе тестирования. Смотрите сами:
Заключение
Rusturbo лидирует только по показателям в режиме простоя. В нормальном режиме вперёд вырывается Super Flower, хотя он и не сильно обгоняет конкурентов. Enermax на третьем месте, несмотря на свою высокую стоимость. LC-Power и Hardwaremania24 отстают, что соответствует их ценовой категории.
При полной загрузке в лидерах, наконец, оказывается Rasturbo. На втором месте, оставляя позади Super Flower, вырывается Enermax. В то же время, он работал громче, чем Super Flower, да и по стоимости он выше. Что до Rasturbo, то в этом тестировании он работал на своём пределе, о чём свидетельствовала громкая работа кулера; так что мы не рекомендуем его для долговременного использования, если, конечно, вы не используете энергосберегающую видеокарту вроде Radeon HD 6850.
При тестировании двух оставшихся блоков питания мы использовали переходники на PCIe. LC-Power на 350 Вт не справился с нагрузкой мощности в 235 Вт и сгорел. Мы не стали продолжать тесты при большой нагрузке и с моделью от Hardwaremania24, так как от него пошел характерный запах, когда мы запустили Google Earth в нашем "нормальном" сценарии. Как бы то ни было, мы посчитали, что риск такого рода не оправдан.
Пример 3: компьютер для энтузиаста
Теперь давайте посмотрим на параметры нашей конфигурации высокого класса.
| Компьютер для энтузиастов | |
| Процессор | Intel Core i5 2500K@4,5 ГГц |
| Материнская плата | Gigabyte P67A UD5 |
| Память | 2 x 4 Гбайт DDR3 Kingston HyperX |
| Видеокарта | Gainward GTX 580 |
| Жёсткий диск | 1 x 1 Тбайт Western Digital Caviar Blue |
| Оптический привод | Пишущий привод DVD |
| Внешние потребители энергии | Мышь, клавиатура, жёсткие диски USB |
| Энергопотребление в режиме бездействия | 72 Вт |
| Среднее энергопотребление | 148 Вт |
| Пиковое энергопотребление | 488 Вт |
Для этой конфигурации у нас следующие кандидаты:
| Производитель | Модель | Сертификат | Цена |
| Super Flower | Golden Green 450 Вт | 80 PLUS Gold | € 59,00 |
| Raptoxx | RT 600 SPL | Нет | € 62,00 |
| Aerocool | VT12XT 600 Вт | 80 PLUS Bronze | € 82,00 |
| Enermax | Modu 82+ II ErP 525 Вт | 80 PLUS Bronze | € 102,00 |
| Corsair | AX 750 80 PLUS Gold | 80 PLUS Gold | € 140,00 |
Мощной системе - мощное питание
В этой, последней, серии тестов выжили все наши блоки питания. Мы специально сделали широкий ценовой разброс и разницу в характеристиках устройств. Итак, вот результаты тестирования:
Заключение
И снова мы использовали тестируемые устройства на максимальных значениях, а иногда - и при превышении их. Super Flower, номинальная мощность которого составляет 450 Вт, работал так, что можно было сделать вывод, что перед нами блок питания на 500 Вт. Он продолжал нормально работать даже при максимальной нагрузке.
Показатели работы в режиме простоя мощного блока Corsair AX 750 немного уступают конкурентам. Однако, с увеличением общей нагрузки, относительная энергоэффективность этой модели также возрастает. Что касается модели Enermax Modu 82+ ErP на 525 Вт, то она не показала каких-то серьёзных преимуществ или недостатков, это твёрдый середнячок. В принципе, то же можно сказать и про блок питания от Corsair, у которого, кстати, есть такое преимущество, как низкий уровень шума. Правда, стоит он недёшево.
Raptoxx, с другой стороны, сочетает невысокую стоимость и приличные показатели. Его основной недостаток - это шум. И если вы готовы мириться с этим, то он оправдает себя: в плане экономичности это лучший вариант, его издержки составляют всего каких-то 15-20 Вт. Aerocool VT12XT на 600 Вт обойдётся дороже, однако он не такой шумный. Эксплуатация этого устройства в долгосрочной перспективе приведёт к дополнительным тратам.
Надеемся, что вы последуете нашим советам, и вам не понадобится огнетушитель
Итак, что мы узнали нового?
Подводя итоги нашего небольшого исследования, мы составили небольшой список советов по выбору оборудования питания.
- Выбор блока питания с разумным уровнем мощности, в большинстве случаев, более оправдан, чем траты на более мощное устройство;
- Покупать устройство высокой мощности имеет смысл разве что в том случае, если вы твёрдо рассчитываете использовать его в полную силу в будущем;
- Блоки питания среднего ценового диапазона, сертифицированные 80 PLUS Gold, будут хорошей покупкой, если вы работаете с большим разбросом рабочей мощности;
- Проверяйте соответствие спецификаций на упаковке и реальных значений: количество ватт не всегда совпадает;
- И не покупайте самые дешёвые блоки питания: приемлемые варианты стоят не дешевле 50 долларов.
И не говорите, что мы вас не предупредили!
Надеемся, что это изображение будет достаточным предупреждением о возможной опасности. Также надеемся, что наша статья помогла составить представление о работе источников питания. Этот компонент системы, которому, как правило, уделяют меньше внимания, чем, скажем, процессорам или материнским платам, является всё же важной частью. Пренебрегать им не стоит: грамотный выбор блока питания поможет сэкономить деньги, обеспечить стабильную работу и безопасность.
Введение
Неотъемлемой частью каждого компьютера является блок питания. Он важен так же, как и остальные части компьютера. При этом покупка блока питания осуществляется достаточно редко, т.к. хороший БП может обеспечить питанием несколько поколений систем. Учитывая все это к приобретению блока питания необходимо отнестись очень серьезно, так как судьба компьютера в прямой зависимости от работы блока питания.
Для осуществления гальванической развязки достаточно изготовить трансформатор с необходимыми обмотками. Но для питания компьютера нужна немалая мощность, особенно для современных ПК. Для питания компьютера пришлось бы изготовлять трансформатор, который имел бы не только большой размер, но и очень много весил. Однако с ростом частоты питающего тока трансформатора для создания того же магнитного потока необходимо меньше витков и меньше сечение магнитопровода. В блоках питаниях, построенных на основе преобразователя, частота питающего напряжения трансформатора в 1000 и более раз выше. Это позволяет создавать компактные и легкие блоки питания.
Простейший импульсный БП
Рассмотрим блок-схему простого импульсного блока питания, который лежит в основе всех импульсных блоков питания.
Блок схема импульсного блока питания.
Первый блок осуществляет преобразование переменного напряжения сети в постоянное. Такой преобразователь состоит из диодного моста, выпрямляющего переменное напряжение, и конденсатора, сглаживающего пульсации выпрямленного напряжения. В этом боке также находятся дополнительные элементы: фильтры сетевого напряжения от пульсаций генератора импульсов и термисторы для сглаживания скачка тока в момент включения. Однако эти элементы могут отсутствовать с целью экономии на себестоимости.
Следующий блок - генератор импульсов, который генерирует с определенной частотой импульсы, питающие первичную обмотку трансформатора. Частота генерирующих импульсов разных блоков питания различна и лежит в пределах 30 - 200 кГц. Трансформатор осуществляет главные функции блока питания: гальваническую развязку с сетью и понижение напряжения до необходимых значений.
Переменное напряжение, получаемое от трансформатора, следующий блок преобразует в постоянное напряжение. Блок состоит из диодов выпрямляющих напряжение и фильтра пульсаций. В этом блоке фильтр пульсаций намного сложнее, чем в первом блоке и состоит из группы конденсаторов и дросселя. С целью экономии производители могут устанавливать конденсаторы малой емкости, а также дроссели с малой индуктивностью.
Первый импульсный блок питания представлял собой двухтактный или однотактный преобразователь. Двухтактный означает, что процесс генерации состоит из двух частей. В таком преобразователе по очереди открываются и закрываются два транзистора. Соответственно в однотактном преобразователе один транзистор открывается и закрывается. Схемы двухтактного и однотактного преобразователей представлены ниже.
Принципиальная схема преобразователя.
Рассмотрим элементы схемы подробнее:
Х2 - разъем источник питания схемы.
Х1 - разъем с которого снимается выходное напряжение.
R1 - сопротивление, задающее начальное небольшое смещение на ключах. Оно необходимо для более стабильного запуска процесса колебаний в преобразователе.
R2 - сопротивление, которое ограничивает ток базы на транзисторах, это необходимо для защиты транзисторов от сгорания.
ТР1 - Трансформатор имеет три группы обмоток. Первая выходная обмотка формирует выходное напряжение. Вторая обмотка служит нагрузкой для транзисторов. Третья формирует управляющее напряжение для транзисторов.
В начальный момент включения первой схемы транзистор немного приоткрыт, т.к. к базе через резистор R1 приложено положительное напряжение. Через приоткрытый транзистор протекает ток, который также протекает и через II обмотку трансформатора. Ток, протекающий через обмотку, создает магнитное поле. Магнитное поле создает напряжение в остальных обмотках трансформатора. В следствии на обмотке III создается положительное напряжение, которое еще больше открывает транзистор. Процесс происходит до тех пор, пока транзистор не попадет в режим насыщения. Режим насыщения характеризуется тем, что при увеличении приложенного управляющего тока к транзистору выходной ток остается неизменным.
Так как напряжение в обмотках генерируется только в случае изменения магнитного поля, его роста или падения, то отсутствие роста тока на выходе транзистора, следовательно, приведет к исчезновению ЭДС в обмотках II и III. Пропадание напряжения в обмотке III приведет к уменьшению степени открытия транзистора. И выходной ток транзистора уменьшится, следовательно, и магнитное поле будет уменьшаться. Уменьшение магнитного поля приведет к созданию напряжения противоположной полярности. Отрицательное напряжение в обмотке III начнет еще больше закрывать транзистор. Процесс будет длиться до тех пор, пока магнитное поле полностью не исчезнет. Когда магнитное поле исчезнет, отрицательное напряжение в обмотке III тоже исчезнет. Процесс снова начнет повторяться.
Двухтактный преобразователь работает по такому же принципу, но отличие в том, что транзисторов два, и они по очереди открываются и закрываются. То есть когда один открыт - другой закрыт. Схема двухтактного преобразователя обладает большим преимуществом, так как использует всю петлю гистерезиса магнитного проводника трансформатора. Использование только одного участка петли гистерезиса или намагничивание только в одном направлении приводит к возникновению многих нежелательных эффектов, которые снижают КПД преобразователя и ухудшают его характеристики. Поэтому в основном везде применяется двухтактная схема преобразователя с фазосдвигающим трансформатором. В схемах, где нужна простота, малые габариты, и малая мощность все же используется однотактная схема.
Блоки питания форм-фактора АТХ без коррекции коэффициента мощности
Преобразователи, рассмотренные выше, хоть и законченные устройства, но в практике их использовать неудобно. Частота преобразователя, выходное напряжение и многие другие параметры «плавают», изменяются в зависимости от изменения: напряжения питания, загруженности выхода преобразователя и температуры. Но если ключами управлять контроллером, который бы мог осуществлять стабилизацию и различные дополнительные функции, то можно использовать схему для питания устройств. Схема блока питания с применением ШИМ-контроллера довольно проста, и, в общем, представляет собой генератор импульсов, построенный на ШИМ-котроллере.
ШИМ - широтно-импульсная модуляция. Она позволяет регулировать амплитуду сигнала прошедшего ФНЧ (фильтр низких частот) с изменением длительности или скважности импульса. Главные достоинства ШИМ это высокое значение КПД усилителей мощности и большие возможности в применении.
Схема простого блока питания с ШИМ контроллером.
Данная схема блока питания имеет небольшую мощность и в качестве ключа использует полевой транзистор, что позволяет упростить схему и избавиться от дополнительных элементов, необходимых для управления транзисторных ключей. В блоках питания большой мощности ШИМ-контроллер имеет элементы управления («Драйвер») выходным ключом. В качестве выходных ключей в блоках питаниях большой мощности используются IGBT-транзисторы.
Сетевое напряжение в данной схеме преобразуется в постоянное напряжение и чрез ключ поступает на первую обмотку трансформатора. Вторая обмотка служит для питания микросхемы и формирования напряжения обратной связи. ШИМ-котроллер генерирует импульсы с частотой, которая задана RC-цепочкой подключенной к ножке 4. Импульсы подаются на вход ключа, который их усиливает. Длительность импульсов изменяется в зависимости от напряжения на ножке 2.
Рассмотрим реальную схему АТХ блока питания. Она имеет намного больше элементов и в ней присутствуют еще дополнительные устройства. Красными квадратами схема блока питания условно поделена на основные части.
Схема АТХ блока питания мощностью 150-300 Вт.
Для питания микросхемы контроллера, а также формирования дежурного напряжения +5, которое используется компьютером, когда он выключен, в схеме находиться еще один преобразователь. На схеме он обозначен как блок 2. Как видно он выполнен по схеме однотактного преобразователя. Во втором блоке также есть дополнительные элементы. В основном это цепочки поглощения всплесков напряжений, которые генерируются трансформатором преобразователя. Микросхема 7805 - стабилизатор напряжения формирует дежурное напряжение +5В из выпрямленного напряжения преобразователя.
Зачастую в блоке формирования дежурного напряжения установлены некачественные или дефектные компоненты, что вызывает снижение частоты преобразователя до звукового диапазона. В результате чего из блока питания слышен писк.
Так как блок питания питается от сети переменного напряжения 220В, а преобразователь нуждается в питании постоянным напряжением, напряжение необходимо преобразовать. Первый блок осуществляет выпрямление и фильтрацию переменного сетевого напряжения. В этом блоке также находится заграждающий фильтр от помех, генерируемых самим блоком питания.
Третий блок это ШИМ-контроллер TL494. Он осуществляет все основные функции блока питания. Защищает блок питания от коротких замыканий, стабилизирует выходные напряжения и формирует ШИМ-сигнал для управления транзисторными ключами, которые нагружены на трансформатор.
Четвертый блок состоит из двух трансформаторов и двух групп транзисторных ключей. Первый трансформатор формирует управляющее напряжение для выходных транзисторов. Поскольку ШИМ-контроллер TL494 генерирует сигнал слабой мощности, первая группа транзисторов усиливает этот сигнал и передает его первому трансформатору. Вторая группа транзисторов, или выходные, нагружены на основной трансформатор, который осуществляет формирование основных напряжений питания. Такая более сложная схема управления выходными ключами применена из-за сложности управления биполярными транзисторами и защиты ШИМ-контроллера от высокого напряжения.
Пятый блок состоит из диодов Шоттки, выпрямляющих выходное напряжение трансформатора, и фильтра низких частот (ФНЧ). ФНЧ состоит из электролитических конденсаторов значительной емкости и дросселей. На выходе ФНЧ стоят резисторы, которые нагружают его. Эти резисторы необходимы для того, чтобы после выключения емкости блока питания не оставались заряженными. Также резисторы стоят и на выходе выпрямителя сетевого напряжения.
Оставшиеся элементы, не обведенные в блоке это цепочки, формируют «сигналы исправности». Этими цепочками осуществляется работа защиты блока питания от короткого замыкания или контроль исправности выходных напряжений.
Блок питания АТХ мощностью 200 Вт.
Теперь посмотрим, как на печатной плате блока питания мощностью 200 Вт расположены элементы. На рисунке показаны:
Конденсаторы, выполняющие фильтрацию выходных напряжений.
Место не распаянных конденсаторов фильтра выходных напряжений.
Катушки индуктивности, выполняющие фильтрацию выходных напряжений. Более крупная катушка играет роль не только фильтра, но и еще работает в качестве ферромагнитного стабилизатора. Это позволяет немного снизить перекосы напряжений при неравномерной нагрузке различных выходных напряжений.
Микросхема ШИМ-стабилизатора WT7520.
Радиатор на котором установлены диоды Шоттки для напряжений +3.3В и +5В, а для напряжения +12В обычные диоды. Необходимо отметить, что часто особенно в старых блоках питаниях, на этом же радиаторе размещаются дополнительно элементы. Это элементы стабилизации напряжений +5В и +3,3В. В современных блоках питаниях размещаются на этом радиаторе только диоды Шоттки для всех основных напряжений или полевые транзисторы, которые используются в качестве выпрямительного элемента.
Основной трансформатор, который осуществляет формирование всех напряжений, а также гальваническую развязку с сетью.
Трансформатор, формирующий управляющие напряжения для выходных транзисторов преобразователя.
Трансформатор преобразователя, формирующий дежурное напряжение +5В.
Радиатор, на котором размещены выходные транзисторы преобразователя, а также транзистор преобразователя формирующего дежурное напряжение.
Конденсаторы фильтра сетевого напряжения. Их не обязательно должно быть два. Для формирования двухполярного напряжения и образования средней точки устанавливают два конденсатора равной емкости. Они делят выпрямленное сетевое напряжение пополам, тем самым формируя два напряжения разной полярности, соединенных в общей точке. В схемах с однополярным питанием конденсатор один.
Элементы фильтра сети от гармоник (помех), генерирующихся блоком питания.
Диоды диодного моста, осуществляющие выпрямление переменного напряжения сети.
Блок питания АТХ мощностью 350 Вт.
Блок питания 350 Вт устроен эквивалентно. Сразу бросается в глаза больших размеров плата, увеличенные радиаторы и большего размера трансформатор преобразователя.
Конденсаторы фильтра выходных напряжений.
Радиатор, охлаждающий диоды, выпрямляющие выходное напряжение.
ШИМ-контролер АТ2005 (аналог WT7520), осуществляющий стабилизацию напряжений.
Основной трансформатор преобразователя.
Трансформатор, формирующий управляющее напряжение для выходных транзисторов.
Трансформатор преобразователя дежурного напряжения.
Радиатор, охлаждающий выходные транзисторы преобразователей.
Фильтр сетевого напряжения от помех блока питания.
Диоды диодного моста.
Конденсаторы фильтра сетевого напряжения.
Рассмотренная схема долго применялась в блоках питаниях и сейчас иногда встречается.
Блоки питания формата АТХ с коррекцией коэффициента мощности.
В рассмотренных схемах нагрузкой сети служит конденсатор, подключаемый к сети через диодный мост. Заряд конденсатора происходит только в том случае если на нем напряжение меньше чем сетевое. В результате ток носит импульсный характер, что имеет множество недостатков.
Мостовой выпрямитель напряжения.
Перечислим эти недостатки:
- токи вносят в сеть высшие гармоники (помехи);
- большая амплитуда тока потребления;
- значительная реактивная составляющая в токе потребления;
- сетевое напряжение не используется в течение всего периода;
- КПД таких схем имеет небольшое значение.
Новые блоки питания имеют усовершенствованную современную схему, в ней появился еще один дополнительный блок - корректор коэффициента мощности (ККМ). Он осуществляет повышение коэффициента мощности. Или более простым языком убирает некоторые недостатки мостового выпрямителя сетевого напряжения.
Формула полной мощности.
Коэффициент мощности (КМ) характеризует, сколько в полной мощности активной составляющей и сколько реактивной. В принципе, можно сказать, а зачем учитывать реактивную мощность, она же мнимая и не несет пользу.
Формула коэффициента мощности.
Допустим, у нас есть некий прибор, блок питания, с коэффициентом мощности 0,7 и мощностью 300 Вт. Видно из расчетов, что наш блок питания имеет полную мощность (сумму реактивной и активной мощности) больше, чем указанная на нем. И эту мощность должна дать сеть питания 220В. Хотя эта мощность не несет пользы (даже счетчик электричества ее не фиксирует) она все же существует.
Расчет полной мощности блока питания.
То есть внутренние элементы и сетевые провода должны быть рассчитаны на мощность 430 Вт, а не 300 Вт. А представьте себе случай, когда коэффициент мощности равен 0,1 … Из-за этого ГОРСЕТЬЮ запрещается использовать приборы с коэффициентом мощности менее 0,6, а в случае обнаружения таковых на владельца налагается штраф.
Соответственно кампаниями были разработанные новые схемы блоков питания, которые имели ККМ. Вначале в качестве ККМ использовался включенный на входе дроссель большой индуктивности, такой блок питания называют блок питания с PFC или пассивным ККМ. Подобный блок питания обладает повышенным КМ. Для достижения нужного КМ необходимо оснащать блоки питания большим дросселем, так как входное сопротивление блока питания носит емкостной характер из-за установленных конденсаторов на выходе выпрямителя. Установка дросселя значительно увеличивает массу блока питания, и повышает КМ до 0,85, что не так уж и много.
400 Вт блок питания с пассивной коррекцией коэффициента мощности.
На рисунке представлен блок питания компании FSP мощностью 400 Вт с пассивной коррекцией коэффициента мощности. Он содержит следующие элементы:
- Конденсаторы фильтра пульсаций выходного напряжения.
Конденсаторы фильтра выпрямленного сетевого напряжения.
Дроссель, осуществляющий коррекцию коэффициента мощности.
Трансформатор главного преобразователя.
Трансформатор, управляющий ключами.
Трансформатор вспомогательного преобразователя (дежурного напряжения).
Фильтры сетевого напряжения от пульсаций блока питания.
Радиатор, на котором установлены выходные транзисторные ключи.
Радиатор, на котором установлены диоды, выпрямляющие переменное напряжение главного трансформатора.
Плата управления скоростью вращения вентилятора.
Плата, на которой установлен ШИМ-контроллер FSP3528 (аналог KA3511).
Дроссель групповой стабилизации и элементы фильтра пульсаций выходного напряжения.
Включение дросселя для коррекции КМ.
Вследствие не высокой эффективности пассивной ККМ в блок питания была введена новая схема ККМ, которая построена на основе ШИМ-стабилизатора, нагруженного на дроссель. Эта схема приносит множество плюсов блоку питанию:
- расширенный диапазон рабочих напряжений;
- появилась возможность значительно уменьшить емкость конденсатора фильтра сетевого напряжения;
- значительно повышенный КМ;
- уменьшение массы блока питания;
- увеличение КПД блока питания.
Есть и недостатки у этой схемы - это снижение надежности БП и некорректная работа с некоторыми источниками бесперебойного питания при переключениях режимов работы батарея / сеть. Некорректная работа этой схемы с ИБП вызвана тем, что в схеме существенно снизилась емкость фильтра сетевого напряжения. В момент, когда кратковременно пропадает напряжение, сильно возрастает ток ККМ, необходимый для поддержания напряжения на выходе ККМ, в результате чего срабатывает защита от КЗ (короткого замыкания) в ИБП.
Схема активного корректора коэффициента мощности.
Если посмотреть на схему, то она представляет собой генератор импульсов, который нагружен на дроссель. Сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом и подается на ключ, который нагружен дросселем L1 и трансформатором Т1. Трансформатор введен для обратной связи контроллера с ключом. Напряжение с дросселя снимается с помощью диодов D1 и D2. Причем напряжение снимается поочередно с помощью диодов, то с диодного моста, то с дросселя, и заряжает конденсаторы Cs1 и Cs2. Ключ Q1 открывается и в дросселе L1 накапливается энергия нужной величины. Размер накопленной энергии регулируется длительностью открытого состояния ключа. Чем больше накоплено энергии, тем большее напряжение отдаст дроссель. После выключения ключа происходит отдача накопленной энергии дросселем L1 через диод D1 конденсаторам.
Такая работа позволяет использовать полностью всю синусоиду переменного напряжения сети в отличие от схем без ККМ, а также стабилизировать напряжение, питающее преобразователь.
В современных схемах блоков питаниях, часто применяют двухканальные ШИМ-контроллеры. Одна микросхема осуществляет работу, как преобразователя, так и ККМ. В результате существенно снижается количество элементов в схеме блока питания.
Схема простого блока питания на двухканальном ШИМ-контролере.
Рассмотрим схему простого блока питания на 12В с использованием двуканального ШИМ-контроллера ML4819. Одна часть блока питания осуществляет формирование постоянного стабилизированного напряжения +380В. Другая часть представляет собой преобразователь, формирующий постоянное стабилизированное напряжение +12В. ККМ состоит, как и в выше рассмотренном случае, из ключа Q1, нагруженного на него дросселя L1 трансформатора Т1 обратной связи. Диоды D5, D6 заряжают конденсаторы С2, С3, С4. Преобразователь состоит из двух ключей Q2 и Q3, нагруженных на трансформатор Т3. Импульсное напряжение выпрямляется диодной сборкой D13 и фильтруется дросселем L2 и конденсаторами С16, С18. С помощью патрона U2 формируется напряжение регулирования выходного напряжения.
Блок питания GlacialPower GP-AL650AA.
Рассмотрим конструкцию блока питания, в которой есть активный ККМ:
- Плата управления токовой защитой;
- Дроссель, выполняющий роль как фильтра напряжений +12В и +5В, так и функцию групповой стабилизации;
- Дроссель фильтра напряжения +3,3В;
- Радиатор, на котором размещены выпрямительные диоды выходных напряжений;
- Трансформатор главного преобразователя;
- Трансформатор, управляющий ключами главного преобразователя;
- Трансформатор вспомогательного преобразователя (формирующий дежурное напряжение);
- Плата контроллера коррекции коэффициента мощности;
- Радиатор, охлаждающий диодный мост и ключи главного преобразователя;
- Фильтры сетевого напряжения от помех;
- Дроссель корректора коэффициента мощности;
- Конденсатор фильтра сетевого напряжения.
Конструктивные особенности и типы разъемов
Рассмотрим виды разъемов, которые могут присутствовать на блоке питания. На задней стенке блока питания размещается разъем для подключения сетевого кабеля и выключатель. Раньше рядом с разъемом сетевого шнура размещался также разъем для подключения сетевого кабеля монитора. Опционально могут присутствовать и другие элементы:
- индикаторы сетевого напряжения, или состояния работы блока питания;
- кнопки управления режимом работы вентилятора;
- кнопка переключения входного сетевого напряжения 110 / 220В;
- USB-порты встроенные в блок питания USB hub;
- другое.
На задней стенке все реже размещают вентиляторы, вытягивающие из блока питания воздух. Все чаше вентилятор размещают в верхней части блока питания из-за большего пространства для установки вентилятора, что позволяет установить большой и тихий активный элемент охлаждения. На некоторых блоках питаниях устанавливают даже два вентилятора и сверху и сзади.
Блок питания Chieftec CFT-1000G-DF.
С передней стенки выходит провод с разъемом подключения питания материнской платы. В некоторых блоках питаниях, модульных, он, как и другие провода, подключается через разъем. Ниже на рисунке указана распиновка контактов всех основных разъемов.
Можно заметить, что каждое напряжение имеет свой цвет провода:
- Желтый цвет - +12 В,
- Красный цвет - +5 В,
- Оранжевый цвет - +3,3В,
- Черный цвет - общий или земля.
Для остальных напряжений цвета проводов у каждого производителя могут варьироваться.
На рисунке не отображены разъемы дополнительного питания видеокарт, так как они подобны разъема дополнительного питания процессора. Также существуют другие виды разъемов, которые встречаются в компьютерах фирменной сборки компаний DelL, Apple и других.
Электрические параметры и характеристики блоков питания
Блок питания имеет множество электрических параметров, большинство из которых не отмечаются в паспорте. На боковой наклейке блока питания отмечается обычно только несколько основных параметров - рабочие напряжения и мощность.
Мощность блока питания
Мощность часто обозначают на этикетке большим шрифтом. Мощность блока питания, характеризует, сколько он может отдать электрической энергии подключаемым к нему приборам (материнская плата, видеокарта, жесткий диск и др.).
По идее, достаточно просуммировать потребление используемых компонентов и выбрать блок питание немного большей мощности для запаса. Для подсчета мощности можно воспользоваться, например сайтом http://extreme.outervision.com/PSUEngine , также вполне годятся рекомендации указанные в паспорте видеокарты, если таковой есть, тепловой пакет процессора и т.д.
Но на самом деле все намного сложнее, т.к. блок питания выдает различные напряжения - 12В, 5В, -12В, 3,3В и др. Каждая линия напряжения рассчитана на свою мощность. Логично было подумать, что эта мощность фиксированная, а сума их равна мощности блока питания. Но в блоке питания стоит один трансформатор для генерации всех этих напряжений, используемых компьютером (кроме дежурного напряжения +5В). Правда, редко, но все же можно найти блок питания с двумя раздельными трансформаторами, но такие источники питания дорогие и чаще всего используются в серверах. Обычные же БП ATX имеют один трансформатор. Из-за этого мощность каждой линии напряжений может плавать: увеличивается, если другие линии слабо нагружены, и уменьшаться, если остальные линии сильно нагружены. Поэтому часто на блоках питаниях пишут максимальную мощность каждой линии, и в результате, если их просуммировать, выйдет мощность даже больше, чем действительная мощность блока питания. Таким образом, производитель может запутать потребителя, например, заявляя слишком большую номинальную мощность, которую БП обеспечить не способен.
Отметим, что если в компьютере установлен блок питания недостаточной мощности, то это вызовет некоренную работу устройств («зависания», перезагрузки, щелкание головок жесткого диска), вплоть до невозможности включения компьютера. А если в ПК установлена материнская плата, которая не рассчитана на мощность компонентов, которые на ней установлены, то зачастую материнская плата функционирует нормально, но со временем разъемы подключения питания выгорают вследствие постоянного их нагрева и окисления.
Обгоревшие разъемы.
Допустимый максимальный ток линии
Хоть это и один из важных параметров блока питания, зачастую пользователь при покупке не обращает на него внимания. А ведь при превышении допустимого тока на лини блок питания выключается, т.к. срабатывает защита. Для ее отключения необходимо выключить блок питания от сети и подождать некоторое время, около минуты. Стоит учесть, что сейчас все самые прожорливые компоненты (процессор, видеокарта) питаются от линии +12В, поэтому в большей степени надо уделять внимание значениям указанных для нее токов. У качественных БП эта информация, обычно, вынесена в виде таблички (например, Seasonic M12D-850) или списка (например, FSP ATX-400PNF) на боковую наклейку.
Источники питания, у которых такая информация не указана (например, Gembird PSU7 550W), сразу же заставляют усомниться в качестве исполнения и соответствии заявленной мощности реальной.
Остальные параметры блоков питания не регламентируются, но не менее важны. Определить эти параметры возможно только проведя различные тесты с блоком питания.
Диапазон рабочих напряжений
Под диапазоном рабочих напряжений подразумевают интервал значений сетевого напряжения, при котором блок питания сохраняет работоспособность и значения своих паспортных параметров. Сейчас все чаще производятся блоки питания с АККМ (активный корректор коэффициента мощности), который позволяет расширить диапазон рабочих напряжений от 110 до 230. Также имеются блоки питания с малым рабочим диапазоном напряжений, например блок питания компании FPS FPS400-60THN-P имеет диапазон от 220 до 240. В результате этот блок питания, включенный даже в паре с массовым источником бесперебойного питания, будет выключаться при падениях напряжения в сети. Это вызвано тем, что обычный ИБП стабилизирует выходное напряжение в диапазоне 220 В +/- 5%. То есть минимальное напряжение для перехода на батарею составит 209 (а если учесть медленность переключения реле, то напряжение может оказаться еще меньше), что ниже рабочего напряжения блока питания.
Внутреннее сопротивление
Внутреннее сопротивление характеризует внутренние потери блока питания при протекании тока. Внутреннее сопротивление по типу можно разделить на два вида: обычное по постоянному току и дифференциальное по переменному току.
Эквивалентная схема замещения блока питания.
Сопротивление по постоянному току складывается из сопротивлений компонентов, из которых построен блок питания: сопротивление проводов, сопротивление обмоток трансформатора, сопротивление проводов дросселя, сопротивление дорожек печатной платы и др. Из-за наличия этого сопротивления с ростом загруженности блока питания напряжение падает. Это сопротивление можно увидеть, построив кросс-нагрузочную характеристику БП. Для уменьшения этого сопротивления в блоках питания работают различные схемы стабилизации.
Кросс-нагрузочная характеристика блока питания.
Дифференциальное сопротивление характеризует внутренние потери блока питания при протекании переменного тока. Это сопротивление еще называется электрическим импедансом. Уменьшить это сопротивление наиболее сложно. Для его уменьшения в блоке питания используется ФНЧ. Для уменьшения импеданса не достаточно установить в блок питания конденсаторы большой емкости и катушки с большой индуктивностью. Необходимо еще чтобы конденсаторы имели низкое последовательное сопротивление (ESR), а дроссели были изготовлены из толстого провода. Реализовать это физически очень сложно.
Пульсации выходных напряжений
Блок питания представляет собой преобразователь, который не один раз преобразовывает напряжение с переменного в постоянное. Вследствие этого на выходе его линий присутствуют пульсации. Пульсации представляют собой резкое изменение напряжения в течение короткого интервала времени. Главная проблема пульсаций в том, что если в схеме или устройстве не стоит фильтр в цепи питания или он плохой, то эти пульсации проходят по всей схеме, искажая ее рабочие характеристики. Это можно увидеть, например, если выкрутить громкость колонок на максимум во время отсутствия сигналов на выходе звуковой карты. Будут слышны различные шумы. Это и есть пульсации, но не обязательно это шумы блока питания. Но если в работе обычного усилителя от пульсаций большого вреда нет, увеличиться только уровень шумов, то, например, в цифровых схемах и компараторах они могут привести к ложному переключению или неправильному восприятию входной информации, что приводит к ошибкам или неработоспособности устройства.
Форма выходных напряжений блока питания Antec Signature SG-850.
Стабильность напряжений
Далее рассмотрим такую характеристику как, стабильность напряжений, выдаваемых блоком питания. В процессе работы, какой идеальный не был бы блок питания, его напряжения изменяются. Увеличение напряжения вызывает в первую очередь увеличение токов покоя всех схем, а также изменение параметров схем. Так, например, для усилителя мощности увеличение напряжения увеличивает его выходную мощность. Увеличенную мощность могут не выдержать некоторые электронные детали и сгореть. Это же увеличение мощности приводит к росту рассеиваемой мощности электронными элементами, а, следовательно, к росту температуры этих элементов. Что приводит к перегреву и/или изменению характеристик.
Снижение напряжения наоборот уменьшает ток покоя, и также ухудшает характеристики схем, например амплитуду выходного сигнала. При снижении ниже определенного уровня определенные схемы перестают работать. Особенно к этому чувствительна электроника жестких дисков.
Допустимые отклонения напряжения на линиях блока питания описаны в стандарте ATX и в среднем не должны превышать ±5% от номинала линии.
Для комплексного отображения величины просадки напряжений используют кросс-нагрузочную характеристику. Она представляет собой цветовое отображение уровня отклонения напряжения выбранной линии при нагрузке двух линий: выбранной и +12В.
Коэффициент полезного действия
Перейдем теперь к коэффициенту полезного действия или сокращенно КПД. Со школы многие помнят - это отношение полезной работы к затраченной. КПД показывает сколько из потребленной энергии превратилось в полезную энергию. Чем выше КПД, тем меньше надо платить за электроэнергию потребляемую компьютером. Большинство качественных блоков питания имеют схожий КПД, он варьирует в диапазоне не больше 10%, но КПД блоков питания с ПККМ (PPFC) и АККМ (APFC) существенно выше.
Коэффициент мощности
Как параметр, на который следует обращать внимание при выборе БП, коэффициент мощности менее значим, но от него зависят другие величины. При малом значении коэффициента мощности будет и малое значение КПД. Как было отмечено выше, корректоры коэффициента мощности приносят множество улучшений. Больший коэффициент мощности приведет к снижению токов в сети.
Неэлектрические параметры и характеристики блоков питания
Обычно, как и для электрических характеристик, неэлектрические параметры в паспорте указывается далеко не все. Хотя неэлектрические параметры блока питания также важны. Перечислим основные из их:
- диапазон рабочих температур;
- надежность блока питания (время наработки на отказ);
- уровень шума создаваемый блоком питания при работе;
- частота вращения вентилятора блока питания;
- вес блока питания;
- длина питающих кабелей;
- удобность в использовании;
- экологичность блока питания;
- соответствие государственным и международным стандартам;
- габариты блока питания.
Большинство неэлектрических параметров понятны всем пользователям. Однако остановимся на более актуальных параметрах. Большинство современных блоков питания работают тихо, они имеют уровень шума около 16 дБ. Хотя даже в блок питания с паспортным уровнем шума 16 дБ может быть установлен вентилятор с частотой вращения 2000 об/мин. В этом случае, при нагрузке блока питания около 80%, схема управления скоростью вращения вентилятора включит его на максимальные обороты, что приведет к появлению значительного шума, порою более 30 дБ.
Также необходимо уделять внимание удобству и эргономике блока питания. Использование модульного подключения кабелей питания имеет массу достоинств. Это и более удобное подключение устройств, меньше занятого пространства в корпусе компьютера, что в свою очередь не только удобно, но улучшает охлаждение компонентов компьютера.
Стандарты и сертификаты
При покупке БП, в первую очередь необходимо посмотреть на наличие сертификатов и на соответствие его современным международным стандартам. На блоках питания чаще всего можно встретить указание следующих стандартов:
RoHS, WEEE - не содержит вредных веществ;
UL, cUL - сертификат на соответствие своим техническим характеристикам, а также требованиям безопасности для встроенных электроприборов;
CE - сертификат который показывает, что блок питания соответствует строжайшим требованиям директив европейского комитета;
ISO - международный сертификат качества;
CB - международный сертификат соответствия своим техническим характеристикам;
FCC - соответствие нормам электромагнитных наводок (EMI) и радионаводок (RFI), генерируемых блоком питания;
TUV - сертификат соответствия требованиям международного стандарта ЕН ИСО 9001:2000;
ССС - сертификат Китая соответствия безопасности, электромагнитным параметрам и защите окружающей среды.
Также есть компьютерные стандарты форм-фактора АТХ, в котором определены размеры, конструкция и многие другое параметры блока питания, включая допустимые отклонения напряжений при нагрузке. Сегодня существуют несколько версий стандарта АТХ:
- ATX 1.3 Standard;
- ATX 2.0 Standard;
- ATX 2.2 Standard;
- ATX 2.3 Standard.
Отличие версий стандартов АТХ в основном касается введения новых разъемов и новых требованиям к линиям питания блока питания.
Когда возникает необходимость покупки нового блока питания ATX, то вначале необходимо определится с мощностью, которая необходима для питания компьютера, в который этот БП будет установлен. Для ее определения достаточно просуммировать мощности компонентов, используемых в системе, например воспользовавшись калькулятором от outervision.com . Если нет такой возможности, то можно исходить из правила, что для среднестатистического компьютера с одной игровой видеокартой вполне хватает блока питания мощностью 500-600 ватт.
Учитывая, что большинство параметров блоков питания можно узнать только протестировав его, следующим этапом настоятельно рекомендуем ознакомиться с тестами и обзорами возможных претендентов - моделей блоков питания, которые доступны в вашем регионе и удовлетворяют ваши запросы как минимум по обеспечиваемой мощности. Если же таковой возможности нет, то выбирать необходимо по соответствию блока питания современным стандартам (чем большему числу, тем лучше), при этом желательно наличие в блоке питания схемы АККМ (APFC). Приобретая блок питания, также важно включить его, по возможности прямо на месте покупки или сразу по приходу домой, и проследить, как он работает, чтоб источник питания не издавал писков, гудений или другого постороннего шума.
В общем, необходимо выбрать блок питания, который был бы мощным, качественно сделанным, с хорошими заявленными и реальными электрическими параметрами, а также окажется удобным в эксплуатации и тихим во время работы, даже при высокой нагрузке на него. И ни в коем случае при покупке источника питания не стоит экономить пару долларов. Помните, что от работы этого устройства главным образом зависит стабильность, надежность и долговечность работы всего компьютера.
Статья прочитана 171172 раз(а)
| Подписаться на наши каналы | |||||
Справочник в формате.chm. Автор данного файла - Кучерявенко Павел Андреевич. Большинство исходных документов были взяты с сайта pinouts.ru - краткие описания и распиновки более 1000 коннекторов, кабелей, адаптеров. Описания шин, слотов, интерфейсов. Не только компьютерная техника, но и сотовые телефоны, GPS-приемники, аудио, фото и видео аппаратура, игровые приставки и др. техника.
Программа предназначена для определения ёмкости конденсатора по цветовой маркировке (12 типов конденсаторов).
База данных по транзисторам в формате Access.
Блоки питания.
Разводка для разъемов блока питания стандарта ATX (ATX12V) с номиналами и цветовой маркировкой проводов:
Таблица контактов 24-контактного разъема блока питания стандарта ATX (ATX12V) с номиналами и цветовой маркировкой проводов
| Конт | Обозн | Цвет | Описание | |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 3.3V | Оранжевый | +3.3 VDC | |
| 2 | 3.3V | Оранжевый | +3.3 VDC | |
| 3 | COM | Черный | Земля | |
| 4 | 5V | Красный | +5 VDC | |
| 5 | COM | Черный | Земля | |
| 6 | 5V | Красный | +5 VDC | |
| 7 | COM | Черный | Земля | |
| 8 | PWR_OK | Серый | Power Ok - Все напряжения в пределах нормы. Это сигнал формируется при включении БП и используется для сброса системной платы. | |
| 9 | 5VSB | Фиолетовый | +5 VDC Дежурное напряжение | |
| 10 | 12V | Желтый | +12 VDC | |
| 11 | 12V | Желтый | +12 VDC | |
| 12 | 3.3V | Оранжевый | +3.3 VDC | |
| 13 | 3.3V | Оранжевый | +3.3 VDC | |
| 14 | -12V | Синий | -12 VDC | |
| 15 | COM | Черный | Земля | |
| 16 | /PS_ON | Зеленый | Power Supply On. Для включения блока питания нужно закоротить этот контакт на землю (с проводом черного цвета). | |
| 17 | COM | Черный | Земля | |
| 18 | COM | Черный | Земля | |
| 19 | COM | Черный | Земля | |
| 20 | -5V | Белый | -5 VDC (это напряжение используется очень редко, в основном, для питания старых плат расширения.) | |
| 21 | +5V | Красный | +5 VDC | |
| 22 | +5V | Красный | +5 VDC | |
| 23 | +5V | Красный | +5 VDC | |
| 24 | COM | Черный | Земля |
Типовая схема блока питания на 450W с реализацией active power factor correction (PFC) современных компьютеров.
Типовая схема блока питания на 300W с пометками о функциональном назначении отдельных частей схемы.
Схема блока питания API3PCD2-Y01 450w производства ACBEL ELECTRONIC (DONGGUAN) CO. LTD.
Схема блока питания API4PC01-000 400w производства Acbel Politech Ink.
Схема блока питания Alim ATX 250Watt SMEV J.M. 2002.
Схема блока питания ATX-300P4-PFC (ATX-310T 2.03).
Схема блока питания ATX-P6.
Схемы блоков питания ATX 250 SG6105, IW-P300A2, и 2 схемы неизвестного происхождения.
Схема БП CHIEFTEC TECHNOLOGY 350W GPS-350EB-101A.
Схема БП CHIEFTEC TECHNOLOGY 350W GPS-350FB-101A.
Chieftec CTG-350-80P, CTG-400-80P, CTG-450-80P и CTG-500-80P
Схема блоков питания Chieftec CFT-370-P12S, CFT-430-P12S, CFT-460-P12S
Схема блоков питания Chieftec 400W iArena GPA-400S8
Схема БП Chieftec 500W GPS-500AB-A.
Схема БП CHIEFTEC TECHNOLOGY GPA500S 500W Model GPAxY-ZZ SERIES.
Схема блоков питания Chieftec CFT-500A-12S, CFT-560A-12S, CFT-620A-12S
Схема блоков питания Chieftec 550W APS-550S
Схема блоков питания Chieftec 650W GPS-650AB-A и Chieftec 650W CFT-650A-12B
Схема блоков питания Chieftec 650W CTB-650S
Схема блоков питания Chieftec 650W CTB-650S Маркировка платы: NO-720A REV-A1
Схема блоков питания Chieftec 750W APS-750C
Схема блоков питания Chieftec 750W CTG-750C
Схема блоков питания Chieftec CFT-600-14CS, CFT-650-14CS, CFT-700-14CS, CFT-750-14CS
Схема блока питания Chieftec 850W CFT-850G-DF
Схема блоков питания Chieftec 1000W CFT-1000G-DF и Chieftec 1200W CFT-1200G-DF
Схема БП NUITEK (COLORS iT) 330U (sg6105).
Схема БП NUITEK (COLORS iT) 330U на микросхеме SG6105 .
Схема БП NUITEK (COLORS iT) 350U SCH .
Схема БП NUITEK (COLORS iT) 350T .
Схема БП NUITEK (COLORS iT) 400U .
Схема БП NUITEK (COLORS iT) 500T .
Схема БП NUITEK (COLORS iT) ATX12V-13 600T (COLORS-IT - 600T - PSU, 720W, SILENT, ATX)
Схема БП Codegen 250w mod. 200XA1 mod. 250XA1.
Схема БП Codegen 300w mod. 300X.
Схема БП CWT Model PUH400W .
Схема блока питания Dell 145W SA145-3436
Схема блока питания Dell 160W PS-5161-7DS
Схема блока питания Dell 230W PS-5231-2DS-LF (Liteon Electronics L230N-00)
Схема блока питания Dell 250W PS-5251-2DFS
Схема блока питания Dell 280W PS-5281-5DF-LF модель L280P-01
Схема блока питания Dell 305W PS-6311-2DF2-LF модель L305-00
Схема блока питания Dell 350W PS-6351-1DFS модель L350P-00
Перечень деталей блока питания Dell 350W PS-6351-1DFS модель L350P-00
Схема БП Delta Electronics Inc. модель DPS-260-2A.
Схема блока питания Delta 450W GPS-450AA-101A
Схема блока питания Delta DPS-470 AB A 500W
Схема блока питания DTK PTP-1358.
Схема блока питания DTK PTP-1503 150W
Схема блока питания DTK PTP-1508 150W
Схема БП DTK PTP-1568 .
Схема БП DTK PTP-2001 200W.
Схема БП DTK PTP-2005 200W.
Схема БП DTK Computer модель PTP-2007 (она же – MACRON Power Co. модель ATX 9912)
Схема БП DTK PTP-2007 200W.
Схема БП DTK PTP-2008 200W.
Схема БП DTK PTP-2028 230W.
Схема БП DTK PTP-2038 200W.
Схема блока питания DTK PTP-2068 200W
Схема БП DTK Computer model 3518 200W.
Схема БП DTK DTK PTP-3018 230W.
Схема блока питания DTK PTP-2538 250W
Схема блока питания DTK PTP-2518 250W
Схема блока питания DTK PTP-2508 250W
Схема блока питания DTK PTP-2505 250W
Схема БП EC model 200X.
Схема БП FSP Group Inc. модель FSP145-60SP.
Схема источника дежурного питания БП FSP Group Inc. модель ATX-300GTF.
Схема источника дежурного питания БП FSP Group Inc. модель FSP Epsilon FX 600 GLN.
Схема БП Green Tech. модель MAV-300W-P4.
Схемы блока питания HIPER HPU-4K580 . В архиве - файл в формате SPL (для программы sPlan) и 3 файла в формате GIF - упрощенные принципиальные схемы: Power Factor Corrector, ШИМ и силовой цепи, автогенератора. Если у вас нечем просматривать файлы.spl , используйте схемы в виде рисунков в формате.gif - они одинаковые.
Схемы блока питания INWIN IW-P300A2-0 R1.2.
Схемы блока питания INWIN IW-P300A3-1 Powerman.
Наиболее распространенная неисправность блоков питания Inwin, схемы которых приведены
выше - выход из строя схемы формирования дежурного напряжения +5VSB (дежурки).
Как правило, требуется замена электролитического конденсатора C34 10мкФ x 50В и
защитного стабилитрона D14 (6-6.3 V). В худшем случае, к неисправным элементам
добавляются R54, R9, R37, микросхема U3 (SG6105 или IW1688 (полный аналог SG6105))
Для эксперимента, пробовал ставить C34 емкостью 22-47 мкФ - возможно, это повысит надежность работы дежурки.
Схема блока питания Powerman IP-P550DJ2-0 (плата IP-DJ Rev:1.51). Имеющаяся в документе схема формирования дежурного напряжения используется во многих других моделях блоков питания Power Man (для многих блоков питания мощностью 350W и 550W отличия только в номиналах элементов).
JNC Computer Co. LTD LC-B250ATX
JNC Computer Co. LTD. Схема блока питания SY-300ATX
Предположительно производитель JNC Computer Co. LTD. Блок питания SY-300ATX. Схема нарисована от руки, комментарии и рекомендации по усовершенствованию.
Схемы блока питания Key Mouse Electroniks Co Ltd модель PM-230W
Схемы блока питания L & C Technology Co. модель LC-A250ATX
Схема блоков питания LiteOn PE-5161-1 135W.
Схема блоков питания LiteOn PA-1201-1 200W (полный комплект документации к БП)
Схема блоков питания LiteOn PS-5281-7VW 280W (полный комплект документации к БП)
Схема блоков питания LiteOn PS-5281-7VR1 280W (полный комплект документации к БП)
Схема блоков питания LiteOn PS-5281-7VR 280W (полный комплект документации к БП)
Схемы блока питания LWT2005 на микросхеме KA7500B и LM339N
Схема БП M-tech KOB AP4450XA.
Схема БП MACRON Power Co. модель ATX 9912 (она же – DTK Computer модель PTP-2007)
Схема БП Maxpower PX-300W
Схема БП Maxpower PC ATX SMPS PX-230W ver.2.03
Схемы блока питания PowerLink модель LP-J2-18 300W.
Схемы блока питания Power Master модель LP-8 ver 2.03 230W (AP-5-E v1.1).
Схемы блока питания Power Master модель FA-5-2 ver 3.2 250W.
Схема БП Microlab 350W
Схема БП Microlab 400W
Схема БП Powerlink LPJ2-18 300W
Схема БП Powerlink LPK, LPQ
Схема БП Power Efficiency Electronic Co LTD модель PE-050187
Схема БП Rolsen ATX-230
Схема БП SevenTeam ST-200HRK
Схема БП SevenTeam ST-230WHF 230Watt
Схема БП SevenTeam ATX2 V2
Схема БП SIRTEC INTERNATIONAL CO. LTD. HPC-360-302 DF REV:C0 заархивированный документ в формате.PDF
Схема блока питания Sirtec HighPower HPC-420-302 420W
Схема БП Sirtec HighPower HP-500-G14C 500W
Схема БП SIRTEC INTERNATIONAL CO. LTD. NO-672S. 850W. Блоки питания линейки Sirtec HighPower RockSolid продавались под маркой CHIEFTEC CFT-850G-DF.
Схемы блока питания SHIDO модель LP-6100 250W.
Схема БП SUNNY TECHNOLOGIES CO. LTD ATX-230
Схема блока питания Utiek ATX12V-13 600T
Схема блока питания Wintech PC ATX SMPS модель Win-235PE ver.2.03
Схемы блоков питания для ноутбуков.
Схема универсального блока питания 70W для ноутбуков 12-24V, модель SCAC2004, плата EWAD70W на микросхеме LD7552.
Схема блока питания 60W 19V 3.42A для ноутбуков, плата KM60-8M на микросхеме UC3843.
Схема блока питания Delta ADP-36EH для ноутбуков 12V 3A на микросхеме DAP6A и DAS001.
Схема блока питания Li Shin LSE0202A2090 90W для ноутбуков 20V 4.5A на микросхеме NCP1203 и TSM101, АККМ на L6561.
Схема блока питания ADP-30JH 30W для ноутбуков 19V 1.58A на микросхеме DAP018B и TL431.
Схема блока питания Delta ADP-40PH ABW
В большинстве современных электронных устройств практически не используются аналоговые (трансформаторные) блоки питания, им на смену пришли импульсные преобразователи напряжения. Чтобы понять, почему так произошло, необходимо рассмотреть конструктивные особенности, а также сильные и слабы стороны этих устройств. Мы также расскажем о назначении основных компонентов импульсных источников, приведем простой пример реализации, который может быть собран своими руками.
Конструктивные особенности и принцип работы
Из нескольких способов преобразования напряжения для питания электронных компонентов, можно выделить два, получивших наибольшее распространение:
- Аналоговый, основным элементом которого является понижающий трансформатор, помимо основной функции еще и обеспечивающий гальваническую развязку.
- Импульсный принцип.
Рассмотрим, чем отличаются эти два варианта.
БП на основе силового трансформатора
Рассмотрим упрощенную структурную схему данного устройства. Как видно из рисунка, на входе установлен понижающий трансформатор, с его помощью производится преобразование амплитуды питающего напряжения, например из 220 В получаем 15 В. Следующий блок – выпрямитель, его задача преобразовать синусоидальный ток в импульсный (гармоника показана над условным изображением). Для этой цели используются выпрямительные полупроводниковые элементы (диоды), подключенные по мостовой схеме. Их принцип работы можно найти на нашем сайте.
Следующий блок играет выполняет две функции: сглаживает напряжение (для этой цели используется конденсатор соответствующей емкости) и стабилизирует его. Последнее необходимо, чтобы напряжение «не проваливалось» при увеличении нагрузки.
Приведенная структурная схема сильно упрощена, как правило, в источнике данного типа имеется входной фильтр и защитные цепи, но для объяснения работы устройства это не принципиально.
Все недостатки приведенного варианта прямо или косвенно связаны с основным элементом конструкции – трансформатором. Во-первых, его вес и габариты, ограничивают миниатюризацию. Чтобы не быть голословным приведем в качестве примера понижающий трансформатор 220/12 В номинальной мощностью 250 Вт. Вес такого агрегата – около 4-х килограмм, габариты 125х124х89 мм. Можете представить, сколько бы весила зарядка для ноутбука на его основе.
Во-вторых, цена таких устройств порой многократно превосходит суммарную стоимость остальных компонентов.
Импульсные устройства
Как видно из структурной схемы, приведенной на рисунке 3, принцип работы данных устройств существенно отличается от аналоговых преобразователей, в первую очередь, отсутствием входного понижающего трансформатора.
Рисунок 3. Структурная схема импульсного блока питания
Рассмотрим алгоритм работы такого источника:
- Питание поступает на сетевой фильтр, его задача минимизировать сетевые помехи, как входящие, так и исходящие, возникающие вследствие работы.
- Далее вступает в работу блок преобразования синусоидального напряжения в импульсное постоянное и сглаживающий фильтр.
- На следующем этапе к процессу подключается инвертор, его задача связана с формированием прямоугольных высокочастотных сигналов. Обратная связь с инвертором осуществляется через блок управления.
- Следующий блок – ИТ, он необходим для автоматического генераторного режима, подачи напряжения на цепи, защиты, управления контроллером, а также нагрузку. Помимо этого в задачу ИТ входит обеспечение гальванической развязки между цепями высокого и низкого напряжения.
В отличие от понижающего трансформатора, сердечник этого устройства изготавливается из ферримагнитных материалов, это способствует надежной передачи ВЧ сигналов, которые могут быть в диапазоне 20-100 кГц. Характерная особенность ИТ заключается в том, что при его подключении критично включение начала и конца обмоток. Небольшие размеры этого устройства позволяют изготавливать приборы миниатюрных размеров, в качестве примера можно привести электронную обвязку (балласт) светодиодной или энергосберегающей лампы.
- Далее вступает в работу выходной выпрямитель, поскольку он работает с высокочастотным напряжением, для процесса необходимы быстродействующие полупроводниковые элементы, поэтому для этой цели применяют диоды Шоттки.
- На завершавшей фазе производится сглаживание на выгодном фильтре, после чего напряжение подается на нагрузку.
Теперь, как и обещали, рассмотрим принцип работы основного элемента данного устройства – инвертора.
Как работает инвертор?
ВЧ модуляцию, можно сделать тремя способами:
- частотно-импульсным;
- фазо-импульсным;
- широтно-импульсным.
На практике применяется последний вариант. Это связано как с простотой исполнения, так и тем, что у ШИМ неизменна коммуникационная частота, в отличие от двух остальных способов модуляции. Структурная схема, описывающая работу контролера, показана ниже.
Алгоритм работы устройства следующий:
Генератор задающей частоты формирует серию прямоугольных сигналов, частота которых соответствует опорной. На основе этого сигнала формируется U П пилообразной формы, поступающее на вход компаратора К ШИМ. Ко второму входу этого устройства подводится сигнал U УС, поступающий с регулирующего усилителя. Сформированный этим усилителем сигнал соответствует пропорциональной разности U П (опорное напряжение) и U РС (регулирующий сигнал от цепи обратной связи). То есть, управляющий сигнал U УС, по сути, напряжением рассогласования с уровнем, зависящим как от тока на грузке, так и напряжению на ней (U OUT).
Данный способ реализации позволяет организовать замкнутую цепь, которая позволяет управлять напряжением на выходе, то есть, по сути, мы говорим о линейно-дискретном функциональном узле. На его выходе формируются импульсы, с длительностью, зависящей от разницы между опорным и управляющим сигналом. На его основе создается напряжение, для управления ключевым транзистором инвертора.
Процесс стабилизации напряжения на выходе производится путем отслеживания его уровня, при его изменении пропорционально меняется напряжение регулирующего сигнала U РС, что приводит к увеличению или уменьшению длительности между импульсами.
В результате происходит изменение мощности вторичных цепей, благодаря чему обеспечивается стабилизация напряжения на выходе.
Для обеспечения безопасности необходима гальваническая развязка между питающей сетью и обратной связью. Как правило, для этой цели используются оптроны.
Сильные и слабые стороны импульсных источников
Если сравнивать аналоговые и импульсные устройства одинаковой мощности, то у последних будут следующие преимущества:
- Небольшие размеры и вес, за счет отсутствия низкочастотного понижающего трансформатора и управляющих элементов, требующих отвода тепла при помощи больших радиаторов. Благодаря применению технологии преобразования высокочастотных сигналов можно уменьшить емкость конденсаторов, используемых в фильтрах, что позволяет устанавливать элементы меньших габаритов.
- Более высокий КПД, поскольку основные потери вызывают только переходные процессы, в то время как в аналоговых схемам много энергии постоянно теряется при электромагнитном преобразовании. Результат говорит сам за себя, увеличение КПД до 95-98%.
- Меньшая стоимость за счет применения мене мощных полупроводниковых элементов.
- Более широкий диапазон входного напряжения. Такой тип оборудования не требователен к частоте и амплитуде, следовательно, допускается подключение к различным по стандарту сетям.
- Наличие надежной защиты от КЗ, превышения нагрузки и других нештатных ситуаций.
К недостаткам импульсной технологии следует отнести:
Наличие ВЧ помех, это является следствием работы высокочастотного преобразователя. Такой фактор требует установки фильтра, подавляющего помехи. К сожалению, его работа не всегда эффективна, что накладывает некоторые ограничения на применение устройств данного типа в высокоточной аппаратуре.
Особые требования к нагрузке, она не должна быть пониженной или повышенной. Как только уровень тока превысит верхний или нижний порог, характеристики напряжения на выходе начнут существенно отличаться от штатных. Как правило, производители (в последнее время даже китайские) предусматривают такие ситуации и устанавливают в свои изделия соответствующую защиту.
Сфера применения
Практически вся современная электроника запитывается от блоков данного типа, в качестве примера можно привести:
Собираем импульсный БП своими руками
Рассмотрим схему простого источника питания, где применяется вышеописанный принцип работы.
Обозначения:
- Резисторы: R1 – 100 Ом, R2 – от 150 кОм до 300 кОм (подбирается), R3 – 1 кОм.
- Емкости: С1 и С2 – 0,01 мкФ х 630 В, С3 -22 мкФ х 450 В, С4 – 0,22 мкФ х 400 В, С5 – 6800 -15000 пФ (подбирается),012 мкФ, С6 — 10 мкФ х 50 В, С7 – 220 мкФ х 25 В, С8 – 22 мкФ х 25 В.
- Диоды: VD1-4 – КД258В, VD5 и VD7 – КД510А, VD6 – КС156А, VD8-11 – КД258А.
- Транзистор VT1 – KT872A.
- Стабилизатор напряжения D1 — микросхема КР142 с индексом ЕН5 – ЕН8 (в зависимости от необходимого напряжения на выходе).
- Трансформатор Т1 – используется ферритовый сердечник ш-образной формы размерами 5х5. Первичная обмотка наматывается 600 витков проводом Ø 0,1 мм, вторичная (выводы 3-4) содержит 44 витка Ø 0,25 мм, и последняя – 5 витков Ø 0,1 мм.
- Предохранитель FU1 – 0.25А.
Настройка сводится к подбору номиналов R2 и С5, обеспечивающих возбуждение генератора при входном напряжении 185-240 В.
