Какой ток выдает блок питания

8

Блок питания ПК

Во всех современных компьютерах используются блоки питания стандарта ATX. Ранее использовались блоки питания стандарта AT, в них не было возможности удаленного запуска компьютера и некоторых схемотехнических решений. Введение нового стандарта было связано и с выпуском новых материнских плат. Компьютерная техника стремительно развивалась и развивается, поэтому возникла необходимость улучшения и расширения материнских плат. С 2001 года и был введен этот стандарт.

Рис. 1 — Блок питания ПК стандарта ATX

Рис. 2 — Упрощенная структура импульсного блока питания ПК

Расположение элементов на плате

На рисунке 3, показаны все узлы блока питания, далее мы кратко рассмотрим их предназначение.

Рис. 3 — Узлы блока питания ПК

Рис. 4 — Упрощенная структурная схема ИБП ПК

На рис. 5 представлена схема электрическая принципиальная, разбитая на блоки.

Рис. 5 — Схема электрическая принципиальная ИБП ПК

На входе блока питания стоит фильтр электромагнитных помех из дросселя и ёмкости (1 блок). В дешевых блоках питания его может не быть. Фильтр нужен для подавления помех в электропитающей сети возникших в результате работы импульсного источника питания.

Все импульсные блоки питания могут ухудшать параметры электропитающей сети, в ней появляются нежелательные помехи и гармоники, которые мешают работе радиопередающих устройств и прочего. Поэтому наличие входного фильтра крайне желательно, но товарищи из Китая так не считают, поэтому экономят на всём. На рис. 6 показан блок питания без входного дросселя.

Рис. 6 — Блок питания без входного дросселя

Дальше сетевое напряжение поступает на выпрямительный диодный мост, через предохранитель и терморезистор (NTC), последний нужен для зарядки фильтрующих конденсаторов. После диодного моста установлен еще один фильтр, обычно это пара больших электролитических конденсаторов, будьте внимательны, на их выводах присутствует большое напряжение. Даже если блок питания выключен из сети следует предварительно их разрядить резистором или лампой накаливания, прежде чем трогать руками плату.

После сглаживающего фильтра напряжение поступает на схему импульсного блока питания она сложная на первый взгляд, но в ней нет ничего лишнего. В первую очередь запитывается источник дежурного напряжения (2 блок), он может быть выполнен по автогенераторной схеме, а может быть и на ШИМ-контроллере. Обычно – схема импульсного преобразователя на одном транзисторе (однотактный преобразователь) (рис. 7), на выходе, после трансформатора, устанавливают линейный преобразователь напряжения (КРЕНку).

Рис. 7 — Однотактный и двухтактный преобразователь

Типовая схема с ШИМ-контроллером показана на рис. 8.

Рис. 8 — Схема с ШИМ-контроллером

На рис. 9 дана увеличенная версия схемы каскада из приведенного примера. Транзистор стоит в автогенераторной схеме, частота работы которой зависит от трансформатора и конденсаторов в его обвязке, выходное напряжение от номинала стабилитрона (в нашем случае 9 В) который играет роль обратной связи или порогового элемента который шунтирует базу транзистора при достижении определенного напряжения. Оно дополнительно стабилизируется до уровня 5В, линейным интегральным стабилизатором последовательного типа L7805.

Рис. 9 — Часть принципиальной схемы БП

Дежурное напряжение нужно не только для формирования сигнала включения (PS_ON), но и для питания ШИМ-контроллера (блок 3). Компьютерные блоки пиатния ATX чаще всего построены на TL494 микросхеме или её аналогах. Этот блок отвечает за управление силовыми транзисторами (4 блок), стабилизацию напряжения (с помощью обратной связи), защиту от КЗ. Вообще 494 – это культовая микросхема используется в импульсной технике очень часто, её можно встретить и в мощных блоках питания для светодиодных лент.

Рис. 10 — Распиновка микросхемы TL494

На схеме рис. 11 силовые транзисторы (2SC4242) из 4 блока включаются через «раскачку» выполненную на двух ключах (2SC945) и трансформаторе. Ключи могут быть любыми, как и остальные элементы обвязки – это зависит от конкретной схемы и производителя. Обе пары ключей нагружены на первичные обмотки соответствующих трансформаторов. Раскачка нужна, поскольку для управления биполярными транзисторами нужен приличный ток.

Рис. 11 — Часть принципиальной схемы ИБП ПК с ключами

Последний каскад – выходные выпрямители и фильтры, там расположены отводы от обмоток трансформаторов, диодные сборки Шоттки, дроссель групповой фильтрации и сглаживающие конденсаторы. Компьютерный блок питания выдаёт целый ряд напряжений для функционирования узлов материнской платы, питания устройств ввода-вывода, питания HDD и оптических приводов: +3.3В, +5В, +12В, -12В, -5В. От выходной цепи запитан и охлаждающий кулер.

Рис. 12 — Выходные выпрямители и фильтры на принципиальной схемы БП

Диодные сборки представляют собой пару диодов соединенных в общей точки (общий катод или общий анод). Это быстродействующие диоды с малым падением напряжения.

Рис. 13 — Быстродействующие диоды с малым падением напряжения

Дополнительные функции

Продвинутые модели компьютерных блоков питания могут дополнительно оснащаться платой контроля оборотов кулера, которая подстраивает их под соответствующую температуру, когда вы нагружаете блок питания, кулер крутится быстрее. Такие модели более комфортны в использовании, поскольку создают меньше шума при малых нагрузках.

В дешевых источниках питания кулер подключен напрямую к линии 12 В и работает на полную мощность постоянно, это усиливает его износ, в результате чего шум станет еще больше.

Если ваш блок питания имеет хороший запас по мощности, а материнская плата и комплектующие довольно скромные по потреблению – можно перепаять кулер на линию 5 В или 7 В припаяв его между проводами +12 В и +5 В. Плюс кулера к желтому проводу, а минус к красному. Это снизит уровень шума, но не стоит так делать, если блок питания нагружен полностью.

Рис. 14 — Дополнительные функции БП

Еще более дорогие модели оснащены активным корректором коэффициента мощности. Он нужен для уменьшения влияния источника питания на питающую сеть. Он формирует нужные напряжения на входных каскадах ИП, при этом сохраняя изначальную форму питающего напряжения. Достаточно сложное устройство и в пределах этой статьи подробнее рассказывать о нем не имеет смысла. Ряд эпюр (рис. 15) отображает примерный смысл использования корректора.

Рис. 15 — Диаграммы работы активного корректора коэффициента мощности

Рис. 16 — Схема корректора

Проверка работоспособности

К компьютеру ИП подключается через стандартизированный разъём, он универсален в большинстве блоков, за исключением специализированных источников питания, которые могут использовать ту же клеммную колодку, но с иной распиновкой, давайте рассмотрим стандартный разъём и назначение его выводов. У него 20 выводов, на современных материнских платах подключается дополнительных 4 вывода.

Кроме основного 20-24 контактного разъёма питания из блока выходят провода с колодками для подключения напряжения к жесткому диску, оптическому приводу SATA и MOLEX, дополнительное питание процессора, видеокарты, питание для флоппи-дисковода.

Рис. 17 — Распиновки разьемов БП ПК

Рис. 18 — Разьемы блоков питания

Конструкция всех разъёмов таков, чтобы вы случайно не вставили его «вверх ногами», это приведет к выходу из строя оборудования. Главное, что стоит запомнить: красный провод – это 5 В, Жёлтый – 12 В, Оранжевый – 3.3 В, Зеленый – PS_ON – 3. 5 В, Фиолетовый – 5 В, это основные которые приходится проверять до и после ремонта.

Помимо общей мощности блока питания большую роль играет мощность, а вернее ток каждой из линий, обычно они указываются на наклейке на корпусе блока. Эта информация станет очень кстати, если вы собрались запускать свой блок питания ATX без компьютера для питания других устройств (рис. 19).

Рис. 19 — Характеристики блока питания

При проверке блока желательно его отключить от материнской платы, это предотвратит превышение напряжений выше номинальных (если блок всё же не исправен). Но на холостом ходу запускать его не рекомендуют, это может привести к проблемам и поломке. Да и напряжения на холостом ходу могут быть в норме, но под нагрузкой значительно проседать.

В качественных блоках питания установлена защита, которая отключает схему при отклонении от нормальных напряжений, такие экземпляры вообще не включатся без нагрузки. Далее мы подробно рассмотрим, как включать блок питания без компьютера и какую можно повесить нагрузку.

Использование блока питания без компьютера

Если вы вставите вилку в розетку и включите тумблер на задней панели блока, напряжений на выводах не будет, но должно появиться напряжение на зеленом проводе (от 3 до 5 В), и фиолетовом (5 В). Это значит, что источник дежурного питания в норме, и можно пробовать запускать блок питания.

На самом деле всё достаточно просто, нужно замкнуть зеленый провод на землю (любой из черных проводов). Здесь всё зависит от того как вы будете использовать блок питания, если для проверки, то можно это сделать пинцетом или скрепкой. Если он будет включен постоянно или вы будете выключать его по линии 220 В, то скрепка, вставленная между зеленым и черным проводом рабочее решение (рис. 20).

Рис. 20 — Включение БП ПК с помощью скрепки

Другой вариант – это установить кнопку с фиксацией или тумблер между этими же проводами (рис. 21).

Рис. 21 — Установка кнопки управления

Чтобы напряжения блока питания были в норме при его проверке нужно установить нагрузочный блок, можно его сделать из набора резисторов по схеме на рис. 22. Но обратите внимание на величину резисторов, по каждому из них будет протекать большой ток, по линии 3,3 В порядка 5 А, по линии 5 В – 3 А, по линии 12 В – 0,8 А, а это от 10 до 15 Вт общей мощности по каждой линии.

Рис. 22 — Нагрузочный блок

Резисторы нужно подбирать соответствующие, но не всегда их можно найти в продаже, особенно в небольших городах, где малый выбор радиодеталей. В других вариантах схемы нагрузки, токи еще больше.

Один из вариантов исполнения подобной схемы показан на рис. 23

Рис. 23 — Вариант исполнения нагрузочного блока

Другой вариант использовать лампы накаливания или галогеновые лампы, на 12 В подойдут от автомобиля их можно использовать и на линиях с 3,3 и 5 В, стоит только подобрать нужные мощности. Еще лучше найти автомобильные или мотоциклетные 6 В лампы накаливания и подключить несколько штук параллельно. Сейчас продаются 12 В светодиодные лампы большой мощности. Для 12 В линии можно использовать светодиодные ленты.

Если вы планируете использовать компьютерный блок питания, например, для питания светодиодной ленты, будет лучше, если вы немного нагрузите линии 5 В и 3,3 В.

Заключение

Блоки питания ATX отлично подходят для питания радиолюбительских конструкций и как источник для домашней лаборатории. Они достаточно мощные (от 250, а современные от 350Вт), при этом можно найти на вторичном рынке за копейки, также подойдут и старые модели AT, для их запуска нужно лишь замкнуть два провода, которые раньше шли на кнопку системного блока, сигнала PS_On на них нет.

Если вы собрались ремонтировать или восстанавливать подобную технику, не забывайте о правилах безопасной работы с электричеством, о том, что на плате есть сетевое напряжение и конденсаторы могут оставаться заряженными долгое время.

Включайте неизвестные блоки питания через лампочку, чтобы не повредить проводку и дорожки печатной платы. При наличии базовых знаний электроники их можно переделать в мощное зарядное для автомобильных аккумуляторов или в лабораторный блок питания. Для этого изменяют цепи обратной связи, дорабатывают источник дежурного напряжения и цепи запуска блока.

Что такое блок питания компьютера, устройство, виды, схемы, принцип работы, компоненты

Компьютерный блок питания (БП) это устройство, которое преобразовывает сетевое переменное напряжение в несколько постоянных напряжений, номиналом 12, 5 и 3.3 Вольта, которые и потребляют различные компоненты компьютера.

Есть два типа блоков питания: Импульсные (инверторные) и трансформаторные (линейные).

Отличаются они способом преобразования электричества, размером и КПД.

Трансформаторный блок состоит из понижающего трансформатора и выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный. После него устанавливается фильтр (конденсатор), сглаживающий пульсации и ряд элементов обеспечивающие стабилизацию выходных напряжений и ряд защит.

Импульсный блок питания имеет более сложную схемотехнику, но при этом имеет меньшие габариты и большой КПД, поэтому в современных системах используют именно его.

Чтобы понять как в нём происходит преобразование, нужно начать с самого начала, с разъёма через который поступает высокое, переменное напряжение

Два верхних контакта, это фаза и ноль, средний контакт это заземление.
(Разъемы серии IEC 320 (вилка (папа) – в маркировке обозначается IEC C14; или розетка (мама) – обозначается IEC C13)

Если посмотреть на разъём с обратной стороны, то видно что к среднему контакту припаян проводник с металлическим лепестком на конце, который механически соединён с ближайшим винтом.

Так выполняется подключение корпуса к контуру заземления.

Навесные элементы на разъёме, это первый блок входного помехопадавляющего фильтра. (ПП-фильтр, ЭМП-фильтр).

Фильтр состоит из двух блоков, первый ставят как можно ближе к разъёму, к источнику помех, так фильтр будет эффективней. Обычно он состоит из нескольких конденсаторов, припаянных к контактам разъёма, для защиты от кондуктивных помех.

Второй блок находится рядом на плате и выполняет более сложную фильтрацию. В минимальном варианте представляет собой дроссель и несколько конденсаторов, включенных параллельно входу и нагрузке.

Они так же подавляют кондуктивные помехи, которые возникают в результате работы самого блока питания и приходящие из сети. В этих цепях используются специальные помехопадавляющие конденсаторы, которые разделяются на классы X и Y.
(Конденсаторы (X и Y), во входных фильтрах, выполняют из специальных негорючих материалов, так как они могут греться до очень высоких температур и могут стать причиной пожара)

Большой плёночный конденсатор подавляет дифференциальные помехи, то есть те помехи которые возникают между двумя проводниками цепи.

Синфазные помехи которые протекают через паразитные емкости между силовыми шинами питания и землёй, подавляются небольшими керамическими конденсаторами, они соединяют линии питания в общей точке с землей.

Синфазный дроссель также создаёт сопротивление для этих помех.

Синфазный дроссель состоит из двух одинаковых катушек, изолированных друг от друга и намотанных на одном сердечнике. Помехи на проводниках, подключённых ко входу дросселя, встречают высокое индуктивное сопротивление обеих катушек и подавляются.

В более сложном варианте фильтра, схемы дублируются и добавляются новые, например высокочастотные и низкочастотные фильтры.
(Для корректной работы фильтра необходимо рабочее заземление)

Это важно, так как без входного фильтра, нарушалась бы работа самого блока питания и другой техники, так как импульсный БП является мощным источником импульсных помех.

Фильтр, как и весь блок питания, на входе защищают предохранителем.

Он нужен для защиты цепи от короткого замыкания. Его номинал должен зависеть от потребляемой мощности, но в большинство БП ставят 3 или 5-амперные предохранители.
(400 Вт – 2,5 А, 600 Вт-4, 800 Вт – 5 А)

Рядом с предохранителем ставят термистор. Он защищает элементы цепи от бросков тока.

При включении импульсного блока питания, происходит резкий скачок тока превышающий рабочие параметры во много раз, для борьбы с броском тока, ставится NTC-термистор, его сопротивление при комнатной температуре велико и импульс при включении гасится об него. В процессе дальнейшего воздействия тока терморезистор нагревается и выходит в рабочий режим, в котором у него низкое сопротивление и дальше на работу цепи он не влияет.

После предохранителя ставят варистор, его устанавливают параллельно нагрузке для защиты цепи от высоковольтных импульсов. При нормальном сетевом напряжении варистор не влияет на работу схемы.

При возникновении высоковольтного импульса, варистор резко уменьшает своё сопротивление и ток протекает через него, рассеивая импульс в виде тепла.

При длительном перенапряжении, варистор возросшим через него током выжигает плавкий предохранитель, защищая остальные элементы блока питания от повреждения.

(Варисторы обеспечивают защиту высоковольтной части блока питания от всплесков напряжения, а термисторы — от большого тока при включении)

После этого блока отфильтрованное напряжение поступает на высоковольтный выпрямитель (ВВ).

Выпрямитель делает из переменного напряжения, постоянное. Состоит он обычно из 4 диодов. Диоды пропускают ток только в одном направлении, при подключении их по мостовой схеме, на выходе получается пульсирующий ток одной полярности. Такую схему ещё называют «диодный мост». Иногда 4 диода можно встретить в одном корпусе, как одну микросхему.

С выхода диодного моста, пульсирующее напряжение подается на емкостной фильтр.

Его реализуют на плате как один или два высоковольтных конденсатора, включённых параллельно нагрузке.

Конденсатор запасает энергию на вершинах импульсов пульсаций и отдаёт её в нагрузку при провалах выходного напряжения моста, поэтому после фильтра получается стабильное постоянное напряжение.

Массивный дроссель с конденсатором перед фильтром, это PFC — корректор коэффициента мощности.

Он снижает резкую нагрузку на проводку и предотвращает её нагрев и повреждение. Дроссель препятствует заряду конденсатора на пике входной синусоиде и позволяет при спаде. Если этим процессом управляет отдельная схема на плате или контроллер, то это увеличивает эффективность блока питания и такая коррекция называется активной. В некоторых схемах для более высокой эффективности используют, несколько дросселей.
(APFC или Active PFC, Active Power Factor Correction converter)

После фильтра получившееся выпрямленное напряжение поступает на высокочастотный преобразователь.

Он делает из выпрямленного постоянного напряжения высокочастотные импульсы прямоугольной формы. Делается это обычно двумя мощными транзисторами, которые по очереди открываются и закрываются, их частоту и скважность, задаёт ШИМ-контроллер, путем подачи сигналов на их затворы.

Чем дольше транзистор будет открыт, тем больше он передаст энергии, на первичную обмотку главного трансформатора.

Принцип работы импульсного трансформатора такой же как и у обычного, но работает он на гораздо более высоких частотах, из за чего увеличивается кпд и меньше энергии уходит в тепло, что позволяет заметно уменьшить массу и размер трансформатора, а значит и блока питания в целом.

Трансформатор состоит из нескольких катушек проволоки, намотанных на намагничиваемый сердечник. Высоковольтные импульсы, поступающие в первичную обмотку трансформатора, создают магнитное поле. Сердечник направляет это магнитное поле на другие, вторичные обмотки, создавая в них напряжение, которое зависит от количества витков.

В разных блоках по-разному реализована элементная база, поэтому пример может отличаться, но в основном, со вторичных обмоток импульсного трансформатора, снимаются 12, 5 и 3,3 вольта.

Трансформированные напряжения с обмоток дальше поступают на выходные выпрямители.

В отличии от аналога на входе, здесь ток выпрямляется с помощью силовых диодов Шоотки. В каждом таком корпусе находится по два диода, они имеют высокою рабочую частоту и низкое падение напряжения, поэтому именно их используют в качестве выходных (импульсных) выпрямителей.

После, выпрямленные напряжения с диодов поступают на выходной фильтр где сглаживаются конденсаторами и дросселями.

Обычно используют Г и П-образные LC-фильтры, так как сглаживаются высокочастотные импульсы, то большая мощность конденсаторов и катушек не нужна. Для напряжений 12В и 5В используют дроссель групповой стабилизации. 3,3 вольтовая линия стабилизируется отдельно, дросселем поменьше. Связанный дроссель, на несколько линий ставят для экономии места и уменьшения скачков напряжения при резком изменении нагрузки.

Бывают и другие схемы, например есть блоки питания в которых только одна несущая шина, в таких блоках со вторичной обмотки трансформатора снимается только 12 вольт, а напряжения 5 и 3,3 В получают из 12 В, с помощью DC-DC преобразователей, которые распаиваются на небольшой плате. В таких блоках питания выходные напряжения более стабильны.

Чтобы постоянно поддерживать напряжения на должном уровне, при изменении нагрузки. В импульсных блоках питания есть узел стабилизации, который дополнительно является блоком защиты от перегрузки и короткого замыкания. Выполнен узел в виде микросхемы, которая называется супервизор (supervisor).

В современных БП супервизор и ШИМ-контроллер объединены в одну микросхему. Она следит за величиной выходных напряжений. Если напряжение слишком низкое, микросхема увеличивает ширину импульсов (Скважность), пропуская больше мощности через трансформатор и увеличивая напряжение на вторичной обмотке БП. Если хотя бы одно из напряжений выйдет за допустимые пределы, то отключится сигнал Power Good, тем самым материнская плата экстренно остановит систему.

Питается этот узел, от отдельного трансформатора, со своим преобразователем.

Даже когда компьютер «выключен», 5В источник дежурного питания обеспечивает работу: часов реального времени, функции пробуждения, а также подает питание на порты USB.
(Он работает все время, пока БП подключен к сети)

Дежурные 5 вольт поступают на материнскую плату через фиолетовый провод.

Сигнал что питание в норме(PW_OK, Power Good), через серый. Через зелёный провод отправляется сигнал включения (PS_ON, Power On). Черный — это общий провод, «земля».

Эти провода вместе с линиями 3,3 оранжевыми проводами, 5 вольтовыми красными и 12 вольтовыми жёлтыми образуют главный 24-контактный разъём для питания материнской платы и устройств, подключённых к ней.

Раньше на 20 и 14 контакт разъёма выводились отрицательные напряжения −5 В белый провод и −12 В синий провод.

Они допускали небольшие токи, в современных материнских платах эти напряжения не используются. Поэтому в новых блоках этих проводов нет, либо они просто декоративные

Замыкание зелёного провода на землю (на чёрный провод), включит блок питания без подключения к материнской плате. Так его можно проверить на работоспособность

Накопители, приводы и прочие маломощные устройства питаются отдельно от разъёмов SATA и MOLEX.

Центральный процессор и видеокарты получают дополнительное питание от отдельных, разборных разъёмов

Основная мощность отдаётся через эти разъёмы по 12 вольтовой линии, поэтому важно чтобы сечение проводов было достаточным чтобы выдержать токовую нагрузку.

Обычно используют кабели с сечением — 0.5(20AWG) 0.8(18AWG) и 1.3 кв. мм(16AWG). Более толстые провода обладают меньшим сопротивлением, чем тонкие, поэтому меньше греются при увеличении силы тока, необходимой для нормальной работы видеокарт и процессора под нагрузкой.

Выдаваемая сила тока по всем линиям, указывается на наклейке блока питания. На ней так же указывается общая мощность.

Обычно производители указывают общую мощность которая отдаётся по всем линиям, но нужно обращать внимание на мощность, которую блок питания может выдать по линии 12В, умножив напряжение на силу тока, ведь линии 5В и 3.3В в современных компьютерах практически не нагружены.

Как выбрать
блок питания компьютера

Блок питания (БП) – обязательная составная часть любого компьютера, обеспечивающая электроэнергией все его устройства.

Собирая компьютер, блок питания можно приобрести отдельно, или же вместе с корпусом системного блока (когда БП продается как его часть). Последний вариант выгоден в денежном плане, но подходит только для офисных и других маломощных компьютеров. Для игровых же машин и компьютеров, предназначенных для серьезной работы, блок питания лучше покупать отдельно, уделив достаточное внимание его соответствию требованиям видеокарты, процессора и других внутренних устройств.

О том, какие характеристики блока питания необходимо учитывать при его выборе, и пойдет речь в статье.

1. Общая мощность БП

Чтобы определить, какой общей мощностью должен обладать блок питания, необходимо сложить пиковую мощность его процессора, видеокарты и других устройств. Полученая сумма и будет минимально допустимым уровнем мощности БП компьютера.

Во время упомянутых выше расчетов необходимо учитывать мощность:

• процессора (колеблется от 25 до 250W в зависимости от модели);

• видеокарты (от 40 до 300W);

• материнской платы (до 100W );

• жестких дисков и SSD (до 15W);

• модулей оперативной памяти (около 3 W);

• CD/DVD-приводов (до 35 W);

• TV-тюнеров и других устройств, присутствующих в компьютере.

Расчеты можно сделать несколькими способами:

Зная модель каждого из указанных выше устройств компьютера, информацию о их мощности можно получить на сайте их производителей, после чего самостоятельно осуществить все расчеты.

2. Использовать один из специализированных онлайн-сервисов:

Блок питания рекомендуется покупать «с запасом» мощности. Запас нужен, чтобы блок не работал на пределе своих возможностей. Это обеспечит ему более длительный срок службы и стабильную работу.

Мнение о том, что БП меньшей мощности делает компьютер более экономным, на самом деле, не соответствует действительности. Например, блоки питания 400W и 800W на одном и том же компьютере будут расходовать примерно одинаковое количество электроэнергии. Этот показатель обозначает не постоянный, а пиковый уровень мощности, который при необходимости способен «выдать» блок питания.

2. Сила тока на линии +12 Вольт

Даже если БП по своей общей мощности соответствует сумме мощностей процессора, видеокарты и других устройств компьютера, он может не справиться с питанием всего компьютера в целом. И дело тут в следующем.

Блок питания преобразует переменный ток из розетки с напряжением 220 Вольт в постоянный ток с напряжением +3,3В, +5В и +12В. Его общая мощность складывается из мощностей, которые он «выдает» по каждой из указанных трех линий.

От лини +3,3В питаются модули оперативной памяти.

Линия +5В питает материнскую плату, жесткие диски и SSD, а также оптические приводы.

Напряжение +12В используется для питания наиболее «тяжелых» устройств компьютера — центрального процессора и видеокарты. К ней также подключаются все вентиляторы (кулеры). Именно на эту линию и ложится основная нагрузка.

Некоторые блоки питания не выдают необходимую силу тока по лини +12В, «компенсируя» ее на двух других линиях (на которых она не очень то и не нужна).

При недостаточной мощности БП по +12В компьютер не будет работать. Он может включаться, но под нагрузкой будет самопроизвольно перезагружаться или переходить в «непонятный» режим, когда вроде все продолжает работать, но изображения на мониторе нет (черный экран). Такие ситуации обычно возникают после замены устройств компьютера на более мощные, установки в системном блоке дополнительных устройств (например, второй видеокарты), или же после разгона видеокарты и/или процессора, вследствие чего их энергопотребление увеличивается.

Выбирая блок питания, необходимо убедиться, что сила тока на его линии +12В с запасом превышает «аппетиты» процессора и видеокарты.

Как узнать необходимую компьютеру силу тока по +12В

С этой целью нужно сложить максимальную силу тока, необходимую процессору, и силу тока, необходимую видеокарте (или видеокартам, если их несколько). К полученной сумме добавить еще 20 — 25% для «запаса прочности».

Все характеристики можно узнать на сайте производителей процессора и видеокарты. Если же данных по требуемой ими силе тока там не окажется, ее можно рассчитать самостоятельно.

Из школьного курса физики читатель, наверное, помнит, что сила тока измеряется в Амперах (А) и рассчитывается по формуле:

«сила тока» = «мощность» / «напряжение»

Напряжение питания нам известно и оно равно 12В.

Мощность процессора приблизительно равна его TDP (этот то показатель в любом случае должен быть на официальном сайте). Мощность, потребляемая видеокартой, тоже всегда указывается на сайте ее производителя.

В качестве примера, рассчитаем силу тока по лини +12В, необходимую компьютеру с процессором Intel QX9770 и видеокартой GeForce GTX 460:

• На сайте Intel указано, что TDP процессора QX9770 составляет 136 W. Значит, для нормальной работы ему требуется сила тока не ниже 11,2 А (136W / 12В).

• Согласно официальным спецификациям, максимальная мощность, потребляемая видеокартой GeForce GTX 460, равна 160 W. Значит, необходимая ей сила тока составляет около 13 А (160W / 12В).

Слагаем полученные цифры: 11,2А + 13А = 24,2А.

К этому числу добавляем еще 25%. Конечный результат — около 30А.

Как узнать силу тока блока питания по линии +12В

Сила тока по всех трех линях, в том числе и по линии +12В, указывается на крышке БП.

Для примера, давайте посмотрим на крышки двух блоков питания мощностью 450 W — GameMax GM450 и Chieftec SFX-450BS.

Блоки мощностью 450W выбраны для примера не случайно. Этот показатель был получен при помощи онлайн-сервиса расчета мощности (см. выше) для компьютера из предыдущего примера (с процессором Intel QX9770, видеокартой GeForce GTX 460, 4 ГБ оперативной памяти и 1 винчестером).

Вот, что мы видим на крышке GameMax GM450:

Как видите, линия +12В у этого блока питания разделена на 2 ветки (+12V1 и +12V2). Общая сила тока на них равна 27А (14А+13А, подчеркнуты красным).

Исходя из этого, можно сделать вывод, что для компьютера из нашего примера БП GameMax GM450 не подойдет, поскольку ему придется работать на пределе своих возможностей. Скорее всего, он долго не протянет. С таким блоком питания желательно не устанавливать в системном блоке даже дополнительные кулеры, ведь они тоже питаются от линии +12В. А о разгоне видеокарты или процессора вообще не может быть и речи.

А так выглядит наклейка на корпусе Chieftec SFX-450BS:

Cила тока по линии +12 В у него на порядок выше — 36А. Возможностей такого БП для нашего компьютера более чем достаточно.

3. Качество изготовления БП, его производитель

Косвенными, но достаточно информативными показателями качества блока питания, являются его стоимость и вес (чем тяжелее БП, тем меньше сэкономили на материалах).

Какой несерьезной, на первый взгляд, ни казалась бы оценка блока по его весу, других способов оценить его в магазине у покупателя не много.

Внутри дешевых блоков отсутствует значительная часть деталей, необходимых для его нормальной работы. Отсюда небольшой вес и низкая цена.

На изображении ниже можно увидеть дешевый БП в разобранном состоянии. Красным обведены места на плате, где в нормальном блоке вместо перемычек и пустых разъемов находятся дроссели, конденсаторы и другие элементы, обеспечивающие его устойчивость к перепадам напряжения и стабильность питания устройств компьютера в условиях высоких нагрузок.

На практике, реальные возможности дешевого блока питания могут оказаться на 100 – 150 W ниже мощности, указанной производителем на его крышке. Такие блоки можно использовать только в компьютерах, предназначенных для работы с текстом, просмотра страниц интернета и решения других несложных задач.

Некачественный блок питания в мощном игровом или другом высоконагружаемом компьютере быстро выйдет из строя и может утащить за собой в небытие половину системы (материнскую плату, видеокарту, процессор и другие дорогостоящие устройства). При выборе БП для такого компьютера лучше обойти стороной легкие дешевые изделия. Ведь скупой платит дважды.

Предпочтение нужно отдавать «увесистым» блокам питания от производителей, старающихся «держать марку» и хорошо себя зарекомендовавших (FSP, Zalman, Coolermaster, Thermaltake, Chiftec). Это, конечно, далеко не полный список достойных производителей.

4. Коэффициент полезного действия (КПД)

КПД — это показатель энергоэффективности блока питания, который отображает процент потери им электроэнергии в процессе преобразования переменного тока напряжением 220 В или 115 В в необходимый компьютеру постоянный ток напряжением 12, 5 и 3,3 В.

КПД почти всех БП находится на уровне выше 70%. Хорошим показателем считается 80% и выше.

С точки зрения экономии электроэнергии значение КПД не следует переоценивать.

Например, блок питания мощностью 600 W с КПД 80 % при максимальной нагрузке расходует 600W + еще 20 % электроэнергии, то есть, около 750 W/h. Аналогичный по мощности БП с КПД 70 % будет расходовать больше 850 W/h.

На первый взгляд, разница весьма существенная. Но учитывая, что компьютер не часто «нагружает» БП на полную мощность, а 80% времени он и вовсе почти простаивает, реальный средний расход им электроэнергии составит меньше 200 W/h. С учетом этого, разница в энергоэффективности первого и второго БП на практике будет находиться в пределах неощутимых нескольких W/h.

Однако, блоки питания с высоким КПД изготавливаются из качественных комплектующих и имеют хорошую схемотехнику. И с этой точки зрения уровень КПД есть смысл брать во внимание.

Быстро оценить КПД можно по наличию на крышке блока питания знака о его соответствии стандарту «80 Plus». Как может выглядеть этот знак, см. на изображении ниже (размещены по возрастанию значения с лева на право).

Блоки питания, сертифицированные по стандарту «80 Plus», тестируются только в сети 115 В. При этом, их КПД составляет не менее 80%.

Присвоение же категории «80 Plus Bronze» и выше свидетельствует о том, что КПД блока проверен как в сети 115 В, так и 220 В, и составляет (для сети 220 В):

• «80 Plus Bronze» — не ниже 81% при полной нагрузке и 85% при половинной;

• «80 Plus Silver» — 85% и 89% соответственно;

• «80 Plus Gold» — 88% и 92%;

• «80 Plus Platinum» — 91% и 94%;

• «80 Plus Titanium» — 91% и 96%.

Если на крышке блока вообще нет знака сертификации «80 Plus», он, вероятно, имеет невысокий КПД и не отличается качеством изготовления.

5. Тип системы коррекции коэффициента мощности (PFC)

Не углубляясь в технические подробности, суть вопроса можно объяснить следующим образом.

Каждый блок питания, являясь нелинейной нагрузкой для электросети 220В, вносит в нее искажения, что вызывает увеличение мощности, рассеиваемой на провода. Как следствие, растет нагрев электрической проводки, увеличиваются требования к ее толщине.

В масштабах одного дома или квартиры, в которой используется 1-2 компьютера, это не заметно. Зато в условиях крупного офиса или вычислительного центра, где одновременно работают сотни компьютеров, влияние упомянутого явления весьма ощутимо, не говоря уже о электросети микрорайона или городской сети в целом.

Чтобы минимизировать общий негативный эффект, в каждом блоке питания обязательно устанавливается так называемая система коррекции коэффициента мощности (англ. — Power Factor Correction, сокращенно — PFC).

Системы PFC бывают двух типов — пассивные и активные.

Пассивные системы PFC — простые по конструкции, недорогие в производстве, но имеют низкую эффективность (до 75%). Используются в дешевых блоках питания.

Активные системы PFC — более сложные и дорогостоящие, зато их эффективность значительно выше (до 99 %).

Для домашнего пользователя главными плюсами блоков питания с активным типом PFC являются их низкая чувствительность к перепадам напряжения в сети 220В и невысокий уровень помех на выходящих линиях, ну а основным недостатком — высокая стоимость.

БП с пассивным PFC, кроме низкой цены, преимуществ не имеют.

Тип системы PFC обычно указывается на крышке блока питания в виде пометок типа «Аctive PFC» или «Passive PFC».

Кстати, сертификация «80 Plus», упоминающаяся в предыдущем пункте, кроме КПД, предполагает также и определенные требования к эффективности системы PFC. Блок питания компьютера, имеющий сертификат «80 Plus», в любом случае оснащен активной системой PFC.

Особенностью некоторых активных систем PFC являются повышенные требования к источникам бесперебойного питания (UPS). Если вы планируете подключить к «бесперебойнику» компьютер, блок питания которого оснащен PFC активного типа, будьте готовы к возможной несовместимости в виде неспособности ИБП перейти на питание от батареи.

Сегодня БП с такими особенностями встречаются не часто. Но в случае возникновения проблем придется либо менять блок питания, либо приобретать более мощный ИБП (как минимум 1000 ВА или больше).

6. Наличие кабелей с необходимыми разъемами

Блок питания должен иметь кабели с разъемами, необходимыми для подачи питания на устройства компьютера, а именно:

1. Основной разъем, подключаемый к материнской плате. В современных блоках он 24-х контактный.

Такой разъем в блоке питания один. Он предназначен для питания чипсета материнской платы и других устройств, размещенных на ней, а также управления блоком питания со стороны материнской платы (пуск, остановка блока питания при включении и выключении компьютера).

Для некоторых старых материнских плат требуется 20-тиконтактный разъем питания. Это нужно учитывать при выборе БП. Оптимальный вариант — приобретение «универсального» БП, основной разъемом которого выполнен по формуле 20+4pin (см. изображение).

2. Разъем питания центрального процессора (CPU). В большинстве БП он один, 4-контактный. Подключается к специальной розетке на материнской плате.

На некоторых материнских платах вместо 4-контактных розеток устанавливаются 8-контактные. К такой розетке можно подключать и 4-контактный разъем блока питания (в одну половинку). Компьютер при этом будет нормально работать.

И только когда процессор очень «прожорливый», да еще и разогнан, может потребоваться подача питания на все 8 контактов. В таком случае есть смысл приобрести БП с двумя разъемами питания CPU (4+4pin, см. изображение).

3. Разъем питания PCI-E — как правило, это 6-ти контактный разъем, предназначенный для питания видеокарты. Обычно БП имеет 1 или 2 таких разъема.

Для некоторых мощных видеокарт требуется подача питания по 8-миконтактному разъему. В этом случае нужно приобретать соответствующий блок питания.

Существуют также переходники для питания видеокарты от разъема MOLEX (см. следующий пункт).

4. MOLEX — 4-контактный разъем, предназначенный для питания старых винчестеров и приводов оптических дисков с интерфейсом IDE, а также других устройств. Это «универсальный» разъем. Через переходники к нему могут подключаться видеокарты, системы охлаждения, новые винчестеры и SSD с интерфейсом SATA, а также другие устройства, напряжение питания которых составляет 12 либо 5 Вольт.

Разъемов MOLEX в БП обычно несколько (4-10).

5. Разъем для устройств SATA — разъем, предназначенный для питания запоминающих устройств (жестких дисков и SSD), подключаемых к материнской плате через интерфейс SATA.

В блоке питания обычно несколько таких разъемов (2 и больше). Если их окажется недостаточно, устройства SATA можно подключать через переходники к разъему MOLEX.

В некоторых моделях блоков питания могут встречаться и другие типы разъемов, но без них можно обойтись.

7. Обычные или модульные провода

У обычного блока питания все провода прикреплены к нему намертво. Даже если определенная их часть не используется, отсоединить их от БП нельзя. Чтобы они не «болтались» внутри системного блока, их приходится привязывать к его стенкам.

Существуют блоки питания с проводами модульного типа. К таким блокам намертво прикреплены только провода с основными разъемами (для питания материнской платы и центрального процессора). Остальные провода можно снять, оставив только те из них, в которых есть необходимость (см. изображения ниже).

Блок питания с проводами модульного типа обойдется немного дороже обычного БП. Но если финансовые возможности позволяют, предпочтение лучше отдать именно ему. Ведь лишние провода внутри компьютера способствуют накоплению пыли, ухудшают циркуляцию воздуха и, в целом, негативно сказываются на охлаждении основных его устройств. Это особенно актуально, если корпус системного блока небольшой.

8. Система охлаждения

Выбирая блок питания, необходимо обращать внимание на его систему охлаждения, особенно, если вы любите тишину.

Если в блоке установлен маленький 80-мм вентилятор (кулер), он, скорее всего, будет очень шумным.

Предпочтение лучше отдать БП с большим кулером (120 — 140 мм, как на изображении ниже). За счет значительной площади лопастей, такой кулер обеспечивает достаточное охлаждение даже на низких оборотах, и поэтому создает на порядок меньше шума.

Можно пойти еще дальше, и приобрести блок питания с авторегулировкой скорости кулера. Такой блок создает какой-то шум, только когда компьютер сильно нагружен. При решении несложных задач обороты вентилятора снижаются до минимума, а в некоторых моделях БП кулер может полностью останавливаться.

Существуют также модели блоков питания с пассивной системой охлаждения (без вентиляторов). Однако, их стоимость значительно выше.

НАПИСАТЬ АВТОРУ

Устройство компьютерных блоков питания и методика их тестирования

⇡#Линейный и импульсный источники питания

Начнем с основ. Блок питания в компьютере выполняет три функции. Во-первых, переменный ток из бытовой сети электропитания нужно преобразовать в постоянный. Второй задачей БП является понижение напряжения 110-230 В, избыточного для компьютерной электроники, до стандартных значений, требуемых конвертерами питания отдельных компонентов ПК, – 12 В, 5 В и 3,3 В (а также отрицательные напряжения, о которых расскажем чуть позже). Наконец, БП играет роль стабилизатора напряжений.

Есть два основных типа источников питания, которые выполняют перечисленные функции, – линейный и импульсный. В основе простейшего линейного БП лежит трансформатор, на котором напряжение переменного тока понижается до требуемого значения, и затем ток выпрямляется диодным мостом.

Однако от БП требуется еще и стабилизация выходного напряжения, что обусловлено как нестабильностью напряжения в бытовой сети, так и падением напряжения в ответ на увеличение тока в нагрузке.

Чтобы компенсировать падение напряжения, в линейном БП параметры трансформатора рассчитываются так, чтобы обеспечить избыточную мощность. Тогда при высоком токе в нагрузке будет наблюдаться требуемый вольтаж. Однако и повышенное напряжение, которое возникнет без каких-либо средств компенсации при низком токе в полезной нагрузке, тоже неприемлемо. Избыточное напряжение устраняется за счет включения в цепь неполезной нагрузки. В простейшем случае таковой является резистор или транзистор, подключенный через стабилитрон (Zener diode). В более продвинутом – транзистор управляется микросхемой с компаратором. Как бы то ни было, избыточная мощность просто рассеивается в виде тепла, что отрицательно сказывается на КПД устройства.

Пример линейного источника питания со стабилизатором. Избыточная мощность рассеивается на транзисторе Q1

В схеме импульсного БП возникает еще одна переменная, от которой зависит напряжение на выходе, в дополнение к двум уже имеющимся: напряжению на входе и сопротивлению нагрузки. Последовательно с нагрузкой стоит ключ (которым в интересующем нас случае является транзистор), управляемый микроконтроллером в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Чем выше длительность открытых состояний транзистора по отношению к их периоду (этот параметр называется duty cycle, в русскоязычной терминологии используется обратная величина – скважность), тем выше напряжение на выходе. Из-за наличия ключа импульсный БП также называется Switched-Mode Power Supply (SMPS).

Через закрытый транзистор ток не идет, а сопротивление открытого транзистора в идеале пренебрежимо мало. В действительности открытый транзистор обладает сопротивлением и рассеивает какую-то часть мощности в виде тепла. Кроме того, переход между состояниями транзистора не идеально дискретный. И все же КПД импульсного источника тока может превышать 90%, в то время как КПД линейного БП со стабилизатором в лучшем случае достигает 50%.

Простейшая схема импульсного преобразователя AC/DC с трансформатором

Другое преимущество импульсных источников питания состоит в радикальном уменьшении габаритов и массы трансформатора по сравнению с линейными БП такой же мощности. Известно, что чем выше частота переменного тока в первичной обмотке трансформатора, тем меньше необходимый размер сердечника и число витков обмотки. Поэтому ключевой транзистор в цепи размещают не после, а до трансформатора и, помимо стабилизации напряжения используют для получения переменного тока высокой частоты (для компьютерных БП это от 30 до 100 кГц и выше, а как правило – около 60 кГц). Трансформатор, работающий на частоте электросети 50-60 Гц, для мощности, требуемой стандартным компьютером, был бы в десятки раз массивнее.

Линейные БП сегодня применяются главным образом в случае маломощных устройств, когда относительно сложная электроника, необходимая для импульсного источника питания, составляет более чувствительную статью расходов в сравнении с трансформатором. Это, к примеру, блоки питания на 9 В, которые используются для гитарных педалей эффектов, а когда-то – для игровых приставок и пр. А вот зарядники для смартфонов уже сплошь импульсные – тут расходы оправданны. Благодаря существенно меньшей амплитуде пульсаций напряжения на выходе линейные БП также применяются в тех областях, где это качество востребованно.

⇡#Общая схема блока питания стандарта ATX

БП настольного компьютера представляет собой импульсный источник питания, на вход которого подается напряжение бытовой электросети с параметрами 110/230 В, 50-60 Гц, а на выходе есть ряд линий постоянного тока, основные из которых имеют номинал 12, 5 и 3,3 В. Помимо этого, БП обеспечивает напряжение -12 В, а когда-то еще и напряжение -5 В, необходимое для шины ISA. Но последнее в какой-то момент было исключено из стандарта ATX в связи с прекращением поддержки самой ISA.

Блок-схема импульсного БП

На упрощенной схеме стандартного импульсного БП, представленной выше, можно выделить четыре основных этапа. В таком же порядке мы рассматриваем компоненты блоков питания в обзорах, а именно:

1. фильтр ЭМП – электромагнитных помех (RFI filter);
2. первичная цепь – входной выпрямитель (rectifier), ключевые транзисторы (switcher), создающие переменный ток высокой частоты на первичной обмотке трансформатора;
3. основной трансформатор;
4. вторичная цепь – выпрямители тока со вторичной обмотки трансформатора (rectifiers), сглаживающие фильтры на выходе (filtering).

Внутреннее устройство БП (AeroCool KCAS-650M)

Полная схема простого блока питания стандарта ATX

⇡#Фильтр ЭМП

Фильтр на входе БП служит для подавления двух типов электромагнитных помех: дифференциальных (differential-mode) – когда ток помехи течет в разные стороны в линиях питания, и синфазных (common-mode) – когда ток течет в одном направлении.

Дифференциальные помехи подавляются конденсатором CX (крупный желтый пленочный конденсатор на фото выше), включенным параллельно нагрузке. Иногда на каждый провод дополнительно вешают дроссель, выполняющий ту же функцию (нет на схеме).

Фильтр синфазных помех образован конденсаторами CY (синие каплевидные керамические конденсаторы на фото), в общей точке соединяющими линии питания с землей, и т.н. синфазным дросселем (common-mode choke, LF1 на схеме), ток в двух обмотках которого течет в одном направлении, что создает сопротивление для синфазных помех.

Схема фильтра электромагнитных помех

В дешевых моделях устанавливают минимальный набор деталей фильтра, в более дорогих описанные схемы образуют повторяющиеся (полностью или частично) звенья. В прошлом нередко встречались БП вообще без фильтра ЭМП. Сейчас это скорее курьезное исключение, хотя, покупая совсем дешевый БП, можно, все-таки нарваться на такой сюрприз. В результате будет страдать не только и не столько сам компьютер, сколько другая техника, включенная в бытовую сеть, – импульсные БП являются мощным источником помех.

В районе фильтра хорошего БП можно обнаружить несколько деталей, защищающих от повреждения само устройство либо его владельца. Почти всегда есть простейший плавкий предохранитель для защиты от короткого замыкания (F1 на схеме). Отметим, что при срабатывании предохранителя защищаемым объектом является уже не блок питания. Если произошло КЗ, то, значит, уже пробило ключевые транзисторы, и важно хотя бы предотвратить возгорание электропроводки. Если в БП вдруг сгорел предохранитель, то менять его на новый, скорее всего, уже бессмысленно.

Отдельно выполняется защита от кратковременных скачков напряжения с помощью варистора (MOV – Metal Oxide Varistor). А вот никаких средств защиты от длительного повышения напряжения в компьютерных БП нет. Эту функцию выполняют внешние стабилизаторы со своим трансформатором внутри.

Фильтр электромагнитных помех (Antec VP700P)

Конденсатор в цепи PFC после выпрямителя может сохранять значительный заряд после отключения от питания. Чтобы беспечного человека, сунувшего палец в разъем питания, не ударило током, между проводами устанавливают разряжающий резистор большого номинала (bleeder resistor). В более изощренном варианте – вместе с управляющей схемой, которая не дает заряду утекать при работе устройства.

Кстати, наличие фильтра в блоке питания ПК (а в БП монитора и практически любой компьютерной техники он тоже есть) означает, что покупать отдельный «сетевой фильтр» вместо обычного удлинителя, в общем-то, без толку. У него внутри все то же самое. Единственное условие в любом случае – нормальная трехконтактная проводка с заземлением. В противном случае конденсаторы CY, соединенные с землей, просто не смогут выполнять свою функцию.

⇡#Входной выпрямитель

После фильтра переменный ток преобразуется в постоянный с помощью диодного моста – как правило, в виде сборки в общем корпусе. Отдельный радиатор для охлаждения моста всячески приветствуется. Мост, собранный из четырех дискретных диодов, – атрибут дешевых блоков питания. Можно также поинтересоваться, на какой ток рассчитан мост, чтобы определить, соответствует ли он мощности самого БП. Хотя по этому параметру, как правило, имеется хороший запас.

⇡#Блок активного PFC

В цепи переменного тока с линейной нагрузкой (как, например, лампа накаливания или электроплитка) протекающий ток следует такой же синусоиде, как и напряжение. Но это не так в случае с устройствами, имеющими входной выпрямитель, – такими как импульсные БП. Блок питания пропускает ток короткими импульсами, примерно совпадающими по времени с пиками синусоиды напряжения (то есть максимальным мгновенным напряжением), когда подзаряжается сглаживающий конденсатор выпрямителя.

Потребление тока импульсным БП

Сигнал тока искаженной формы раскладывается на несколько гармонических колебаний в сумме с синусоидой данной амплитуды (идеальным сигналом, который имел бы место при линейной нагрузке).

Мощность, используемая для совершения полезной работы (которой, собственно, является нагрев компонентов ПК), указана в характеристиках БП и называется активной. Остальная мощность, порождаемая гармоническими колебаниями тока, называется реактивной. Она не производит полезной работы, но нагревает провода и создает нагрузку на трансформаторы и прочее силовое оборудование.

Векторная сумма реактивной и активной мощности называется полной мощностью (apparent power). А отношение активной мощности к полной называется коэффициентом мощности (power factor) – не путать с КПД!

У импульсного БП коэффициент мощности изначально довольно низкий – около 0,7. Для частного потребителя реактивная мощность не составляет проблемы (благо она не учитывается электросчетчиками), если только он не пользуется ИБП. На бесперебойник как раз таки ложится полная мощность нагрузки. В масштабе офиса или городской сети избыточная реактивная мощность, создаваемая импульсными БП уже значительно снижает качество электроснабжения и вызывает расходы, поэтому с ней активно борются.

Электрическая схема и потребление тока блоком Active PFC

В частности, подавляющее большинство компьютерных БП оснащаются схемами активной коррекции фактора мощности (Active PFC). Блок с активным PFC легко опознать по единственному крупному конденсатору и дросселю, установленным после выпрямителя. В сущности, Active PFC является еще одним импульсным преобразователем, который поддерживает на конденсаторе постоянный заряд напряжением около 400 В. При этом ток из питающей сети потребляется короткими импульсами, ширина которых подобрана таким образом, чтобы сигнал аппроксимировался синусоидой – что и требуется для имитации линейной нагрузки. Для синхронизации сигнала потребления тока с синусоидой напряжения в контроллере PFC имеется специальная логика.

Схема активного PFC содержит один или два ключевых транзистора и мощный диод, которые размещаются на одном радиаторе с ключевыми транзисторами основного преобразователя БП. Как правило, ШИМ-контроллер ключа основного преобразователя и ключа Active PFC являются одной микросхемой (PWM/PFC Combo).

Блок Active PFC и входной выпрямитель (Antec VP700P)

Коэффициент мощности у импульсных блоков питания с активным PFC достигает 0,95 и выше. Кроме того, у них есть одно дополнительное преимущество – не требуется переключатель сети 110/230 В и соответствующий удвоитель напряжения внутри БП. Большинство схем PFC переваривают напряжения от 85 до 265 В. Кроме того, снижается чувствительность БП к кратковременным провалам напряжения.

Кстати, помимо активной коррекции PFC, существует и пассивная, которая подразумевает установку дросселя большой индуктивности последовательно с нагрузкой. Эффективность ее невелика, и в современном БП вы такое вряд ли найдете.

⇡#Основной преобразователь

Общий принцип работы для всех импульсных БП изолированной топологии (с трансформатором) один: ключевой транзистор (или транзисторы) создает переменный ток на первичной обмотке трансформатора, а ШИМ-контроллер управляет скважностью их переключения. Конкретные схемы, однако, различаются как по количеству ключевых транзисторов и прочих элементов, так и по качественным характеристикам: КПД, форма сигнала, помехи и пр. Но здесь слишком многое зависит от конкретной реализации, чтобы на этом стоило заострять внимание. Для интересующихся приводим набор схем и таблицу, которая позволит по составу деталей опознавать их в конкретных устройствах.

Помимо перечисленных топологий, в дорогих БП встречаются резонансные (resonant) варианты Half Bridge, которые легко опознать по дополнительному крупному дросселю (или двум) и конденсатору, образующим колебательный контур.

⇡#Вторичная цепь

Вторичная цепь – это все, что находится после вторичной обмотки трансформатора. В большинстве современных блоков питания трансформатор имеет две обмотки: с одной из них снимается напряжение 12 В, с другой – 5 В. Ток сначала выпрямляется с помощью сборки из двух диодов Шоттки – одной или нескольких на шину (на самой высоконагруженной шине – 12 В — в мощных БП бывает четыре сборки). Более эффективными с точки зрения КПД являются синхронные выпрямители, в которых вместо диодов используются полевые транзисторы. Но это прерогатива по-настоящему продвинутых и дорогих БП, претендующих на сертификат 80 PLUS Platinum.

Шина 3,3 В, как правило, выводится от той же обмотки, что и шина 5 В, только напряжение понижается с помощью насыщаемого дросселя (Mag Amp). Специальная обмотка на трансформаторе под напряжение 3,3 В – экзотический вариант. Из отрицательных напряжений в текущем стандарте ATX осталось только -12 В, которое снимается со вторичной обмотки под шину 12 В через отдельные слаботочные диоды.

ШИМ-управление ключом преобразователя изменяет напряжение на первичной обмотке трансформатора, а следовательно – на всех вторичных обмотках сразу. При этом потребление тока компьютером отнюдь не равномерно распределено между шинами БП. В современном железе наиболее нагруженной шиной является 12-В.

Для раздельной стабилизации напряжений на разных шинах требуются дополнительные меры. Классический способ подразумевает использование дросселя групповой стабилизации. Три основные шины пропущены через его обмотки, и в результате если на одной шине увеличивается ток, то на других – падает напряжение. Допустим, на шине 12 В возрос ток, и, чтобы предотвратить падение напряжения, ШИМ-контроллер уменьшил скважность импульсов ключевых транзисторов. В результате на шине 5 В напряжение могло бы выйти за допустимые рамки, но было подавлено дросселем групповой стабилизации.

Напряжение на шине 3,3 В дополнительно регулируется еще одним насыщаемым дросселем.

Стабилизирующие дроссели и выходной фильтр (Antec VP700P)

В более совершенном варианте обеспечивается раздельная стабилизация шин 5 и 12 В за счет насыщаемых дросселей, но сейчас эта конструкция в дорогих качественных БП уступила место преобразователям DC-DC. В последнем случае трансформатор имеет единственную вторичную обмотку с напряжением 12 В, а напряжения 5 В и 3,3 В получаются благодаря преобразователям постоянного тока. Такой способ наиболее благоприятен для стабильности напряжений.

Преобразователь DC-DC для шины 5 В (CoolerMaster G650M)

Финальной стадией на каждой шине является фильтр, который сглаживает пульсации напряжения, вызываемые ключевыми транзисторами. Кроме того, во вторичную цепь БП в той или иной мере пробиваются пульсации входного выпрямителя, чья частота равна удвоенной частоте питающей электросети.

В состав фильтра пульсаций входит дроссель и конденсаторы большой емкости. Для качественных блоков питания характерна емкость не менее 2 000 мкФ, но у производителей дешевых моделей есть резерв для экономии, когда устанавливают конденсаторы, к примеру, вдвое меньшего номинала, что неизбежно отражается на амплитуде пульсаций.

⇡#Дежурное питание +5VSB

Описание компонентов блока питания было бы неполным без упоминания об источнике дежурного напряжения 5 В, который делает возможным спящий режим ПК и обеспечивает работу всех устройств, которые должны быть включены постоянно. «Дежурка» питается от отдельного импульсного преобразователя с маломощным трансформатором. В некоторых БП встречается и третий трансформатор, использующийся в цепи обратной связи для изоляции ШИМ-контроллера от первичной цепи основного преобразователя. В других случаях эту функцию выполняют оптопары (светодиод и фототранзистор в одном корпусе).

Трансформаторы (Corsair HX750i)

⇡#Методика тестирования блоков питания

Одним из основных параметров БП является стабильность напряжений, которая находит отражение в т.н. кросс-нагрузочной характеристике. КНХ представляет собой диаграмму, в которой на одной оси отложен ток или мощность на шине 12 В, а на другой – совокупный ток или мощность на шинах 3,3 и 5 В. В точках пересечения при разных значениях обеих переменных определяется отклонение напряжения от номинала на той или иной шине. Соответственно, мы публикуем две разные КНХ – для шины 12 В и для шины 5/3,3 В.

Цвет точки означает процент отклонения:

• зеленый: ≤ 1%;
• салатовый: ≤ 2%;
• желтый: ≤ 3%;
• оранжевый: ≤ 4%;
• красный: ≤ 5%.
• белый: > 5% (не допускается стандартом ATX).

Для получения КНХ используется сделанный на заказ стенд для тестирования блоков питания, который создает нагрузку за счет рассеивания тепла на мощных полевых транзисторах.

Стенд для тестирования БП

Другой не менее важный тест – определение размаха пульсаций на выходе БП. Стандарт ATX допускает пульсации в пределах 120 мВ для шины 12 В и 50 мВ – для шины 5 В. Различают высокочастотные пульсации (на удвоенной частоте ключа основного преобразователя) и низкочастотные (на удвоенной частоте питающей сети).

Этот параметр мы измеряем при помощи USB-осциллографа Hantek DSO-6022BE при максимальной нагрузке на БП, заданной спецификациями. На осциллограмме ниже зеленый график соответствует шине 12 В, желтый – 5 В. Видно, что пульсации находятся в пределах нормы, и даже с запасом.

Высокочастотные пульсации: хороший результат (AeroCool KCAS-650M)

Низкочастотные пульсации: хороший результат (AeroCool KCAS-650M)

Для сравнения приводим картину пульсаций на выходе БП старого компьютера. Этот блок изначально не был выдающимся, но явно не стал лучше от времени. Судя по размаху низкочастотных пульсаций (обратите внимание, что деление развертки напряжения увеличено до 50 мВ, чтобы колебания поместились на экран), сглаживающий конденсатор на входе уже пришел в негодность. Высокочастотные пульсации на шине 5 В находятся на грани допустимых 50 мВ.

Высокочастотные пульсации: на грани допустимого (старый БП)

Низкочастотные пульсации: ужасно (старый БП)

В следующем тесте определяется КПД блока при нагрузке от 10 до 100% от номинальной мощности (путем сравнения мощности на выходе с мощностью на входе, измеренной при помощи бытового ваттметра). Для сравнения на графике приводятся критерии различных категорий 80 PLUS. Впрочем, большого интереса в наши дни это не вызывает. На графике приведены результаты топового БП Corsair в сравнении с весьма дешевым Antec, а разница не то чтобы очень велика.

Более насущный для пользователя вопрос – шум от встроенного вентилятора. Непосредственно измерить его вблизи от ревущего стенда для тестирования БП невозможно, поэтому мы измеряем скорость вращения крыльчатки лазерным тахометром – также при мощности от 10 до 100%. На нижеприведенном графике видно, что при низкой нагрузке на этот БП 135-миллиметровый вентилятор сохраняет низкие обороты и вряд ли слышен вообще. При максимальной нагрузке шум уже можно различить, но уровень все еще вполне приемлемый.