Питаемся правильно: как выбрать блок питания для компьютера

ЛАБОРАТОРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

Лабораторный блок питания ни что иное как высококачественный универсальный источник питания с нормированными и термостабильными характеристиками. Эти устройства имеются на любом предприятии, которое занимается разработкой, изготовлением или ремонтом и/или ремонтом радиоэлектронной аппаратуры.

Используют их во время проверки и/или калибровки различных приборов. Кроме того они необходимы в тех случаях, когда нужно с высокой точностью подать питающее напряжение и ток на радиотехническое устройство.

Как правило, лабораторные блоки питания оснащаются всевозможными устройствами защиты (перегрузка, защита от короткого замыкания и пр.) и органами регулировки выходных параметров (напряжение и ток).

Лабораторные блоки оснащают также специальными входами для подачи модулирующих сигналов, что позволяет пользователю формировать выходное напряжение и ток произвольной формы.

Серийно выпускаемые лабораторные источники питания могут быть как линейными, так и импульсными.

Линейные.

Линейные лабораторные БП строятся на базе больших низкочастотных трансформаторов, которые понижают сетевое напряжение ~220 В частотой 50 Гц до определенного значения. Частота переменного тока при этом остается без изменений. Затем синусоидальное напряжение выпрямляется, сглаживается емкостными фильтрами и доводится до заданного значения линейным полупроводниковым стабилизатором.

Приборы, работающие по такому принципу обеспечивают требуемое значение выходного напряжения с высокой точностью. Оно отличается стабильностью и отсутствием пульсаций. Однако они имеют ряд недостатков:

  • большие габаритные размеры и вес, который может быть больше 20 кг. Из-за этого мощность на нагрузке у таких БП редко превышает 200 Вт.;
  • низкий КПД (не более 60%), что обусловлено принципом работы линейного стабилизатора, где все избыточное напряжение преобразуется в тепло;
  • наличие высокочастотных помех, проникающих из сети ~220 в, 50 Гц., для устранения которых необходим сетевой фильтр;
  • относительно небольшое время наработки на отказ, вызванное старением электролитических конденсаторов.

Импульсные.

В основу работы импульсных лабораторных блоков питания положен принцип заряда сглаживающих конденсаторов импульсным током. Он образуется в момент подключения/отключения индуктивного элемента. Переключение происходит под действием специально оптимизированных транзисторов, а выходное напряжение регулируется путем изменения глубины широтно импульсной модуляции (ШИМ).

Основные преимущества импульсных лабораторных источников обеспечиваются за счет:

  • плавного изменения глубины ШИМ, что в свою очередь, позволяет закачивать в сглаживающие конденсаторы такое количество энергии, которое соизмеримо с энергопотреблением нагрузки БП. При этом КПД блока питания может достигать 90 и более процентов;
  • высокочастотной составляющей, которая дает возможность использования сглаживающих конденсаторов значительно небольшой емкости.

За счет этого габаритные размеры корпуса невелики. Кроме того, за счет более высокого КПД значительно уменьшается выделение тепла и улучшается температурный режим работы источника питания.

Существенным недостатком импульсных лабораторных блоков, несколько ограничивающих их применение являются:

  • высокочастотные пульсации на выходе, которые достаточно тяжело отфильтровать;
  • радиочастотные наводки и их гармоники, вызванные периодическими токовыми импульсами.

При работе с радиочастотными схемами импульсные блоки питания необходимо располагать на максимальном расстоянии от них или использовать трансформаторные схемотехнические решения.

Основным техническим параметром лабораторных источников электро энергии является мощность. Здесь существует такое подразделение:

  • стандартные, мощностью до 700 Вт. Их максимальный вес не превышает 15 кг.;
  • большой мощности.

Стандартные исполнения могут быть как трансформаторными, так и импульсными. Предназначены они для работы с напряжениями в диапазоне от 15 до 150 В. При этом максимальный ток ограничивается величиной порядка 25 А. Как правило, они имеют от одного до трех каналов, из которых два являются регулируемыми.

2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Параметры, которые важно учитывать при выборе

Форм-фактор

Это первая характеристика, на которую нужно обращать внимание. Выбор зависит от планируемого для сборки корпуса

Основной форм-фактор – ATX. Данный стандарт имеет высоту 86 и ширину 150 мм. Длина может отличаться значительно, и в характеристиках корпуса указывается, какой длины блок питания туда вмещается.

Для компактных корпусов, как правило, требуются блоки питания стандарта SFX – высота 60 и ширина 100 мм. Также имеется еще ряд менее распространенных форматов: TFX, FlexATX, EPS, CFX, LFX.


Мощность

Следующая характеристика, на которую необходимо обратить внимание при покупке – это общая мощность по всем линиям и нагрузочные характеристики всех линий

В современной системе основное потребление приходится на канал +12 В. Именно на мощность по этому каналу и нужно смотреть. В более дорогих моделях она может равняться или быть незначительно меньше того значения, что указано в названии модели.

В бюджетных моделях зачастую производители указывают общую мощность в виде суммы максимально выдаваемых Ватт по всем линиям. Например, по линии +12 В — 530 Вт, по линиям +3,3 и +5 В – 120 Вт, а модель маркируется как 650 Вт, хотя по факту это — модель на 550 Вт.

Также следует обратить внимание на такой показатель, как допустимая нагрузка в Амперах на каждый канал. Больший показатель у идентичных моделей лучше

Можно встретить в продаже блоки питания с несколькими виртуальными линиями +12 В, которые делят между собой эту допустимую нагрузку. Какого-то преимущества подобные модели не дают, и в последнее время мода на использование виртуальных линий сошла на нет.

Как подобрать БП по мощности для своего ПК? Проще всего воспользоваться онлайн-калькуляторами. Значения они выдают адекватные, могут немного завышать их для надежности, так скажем, «с запасом».

Обзор и тестирование блока питания be quiet! Dark Power Pro P11 550W

Второй вариант сложнее – посчитать потребляемую мощность самому по характеристикам комплектующих. Основное потребление приходится на процессор и видеокарту, по ним и стоит ориентироваться. Главное не путать такую характеристику как TDP (требования по теплоотводу) процессора и его потребляемую мощность, они могут отличаться, хотя обе характеристики и указываются в Ваттах. На значение TDP можно ориентироваться как на примерный показатель, реальное энергопотребление бывает немного меньше.

Все остальные комплектующие потребляют суммарно достаточно мало – от 50 до 100 Вт максимум.

Что бы ваш БП не работал все время под полной нагрузкой, необходим небольшой запас по мощности – 20-30%, но избыточная мощность не требуется – это лишние расходы средств.

В среднем для игрового ПК с одной видеокартой требуются модели от 500 до 700 Вт, с двумя видеокартами — от 650 до 850 Вт. Для офисных ПК без видеокарты хватит блока питания и на 300 – 400 Вт.

Обзор и тестирование блока питания GIGABYTE P650B


Разъемы

Разъемов должно быть достаточно для подключения всех потребителей, всевозможные переходники – это плохой вариант, особенно для подключения видеокарт.

Основные разъемы, без которых не обойтись – это ATX 24-pin и 4-pin для питания CPU. Стандарт EPS12V предполагает использование разборного 8-pin разъема для питания CPU, так что встретить современную модель БП с 4-pin разъемом практически невозможно, только очень бюджетные варианты.

Также в последнее время все чаще БП комплектуются двумя кабелями с 8-pin разъемами, и не только в топовых, но и в среднебюджетных вариантах. Связано это с повышенным требованием к питанию у современных процессоров с возможностью разгона, и материнские платы, поддерживающие их разгон, оснащаются именно двумя такими разъемами.

Для подключения видеокарт, если им недостаточно питания по линии PCI-E x16 (а это 75 Вт), используются 8-pin и 6-pin разъемы (150 и 75 Вт соответственно). Обычно БП комплектуются кабелем с двумя разборными 6+2-pin разъемами — это необходимый минимум.

Для подключения прочей периферии, накопителей и т.д. используются SATA разъемы и Molex. Последний является устаревшим и встречается все реже. Через SATA подключаются не только накопители HDD или SSD, но и подсветка, помпы СЖО, различные контроллеры, так что этих разъемов нужно достаточно много.

Что такое PFC?

Еще один важный параметр любого блока питания — вид PFC (Power Factor Correction), то есть какой в нем используется тип коррекции фактора мощности. Бывают активные и пассивные PFC.

Начнем с первого: Active PFC это, по сути, дополнительный импульсный источник питания, повышающий напряжение. В таком режиме блок питания получает мощность от энергосети короткими импульсами. Это хорошо сказывается на уменьшении высокочастотных помехов и помогает работать с аналоговым видео и звуком. Однако в игровом ПК такое в общем-то ни к чему, да и к тому же активный PFC снижает коэффициент мощности.

Есть множество отличных блоков питания с активным PFC, так что если не живете в деревне со старыми электросетями, то смело берите ихЕсть множество отличных блоков питания с активным PFC, так что если не живете в деревне со старыми электросетями, то смело берите их

Поэтому если вы в основном используете компьютер для игр, то смело покупайте блок питания с пассивным PFC. Разницы вы не заметите, но немного повысите КПД блока питания, а значит и сэкономите деньги на электричестве. Как говорится, мелочь, а приятно.

Впрочем, «убиваться» из-за PFC, отказываясь от отличного во всем остальном БП тоже не стоит. Например, но многих моделях от be quiet! стоит активный PFC, и это не значит, что эти блоки питания плохие.

Основная функция

Основная функция – защитить потребитель электроэнергии (компьютер или другое высокотехнологичное оборудование) от отключения напряжения посредством использования аккумуляторной батареи (АКБ). Но если это узел связи, хирургическая операционная, промышленное предприятие непрерывного цикла или еще какой-нибудь объект, требующий беспрерывной работы, то используется целый комплекс мер. В первый момент включается аккумуляторная батарея. Она дает время включиться альтернативному источнику – дизель-генератору.

2.1. Зачем он нужен

ИПБ защищает потребителя от электрических помех в сети обеспечивая на выходе чистый синусоидальный сигнал соответствующего напряжения и силы тока. Вот для чего нужен ИПБ.

2.2. Срок службы ИБП

Срок службы источника бесперебойного питания ограничен сроком службы АКБ. Длительность работы зависит от частоты включения и от качества и схемотехники зарядной части. Если они не очень качественные, то приблизительно на 2 – 2,5 года. Если качественные, то можно надеяться и на 5-6 лет.

⇡#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).

Пример отличной КНХ (Corsair HX750i)

Посредственная КНХ (Antec VP700P)

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.

График КПД

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.

График скорости вращения вентилятора (AeroCool KCAS-650M)

Назначение БП

Его главной функцией является обеспечение электропитания,
требующегося для работы всех частей компьютера. Основное напряжение
обычно составляет +12 В., +5 В., а также бывает и напряжение -12 В., -5
В. Еще одно назначение БП — это выполнение гальванической развязки между
сетью и элементами ПК. Это требуется для того, чтобы устранить токи
утечек, благодаря чему во время эксплуатации прибор не бьется током и не
допускает возникновения паразитных токов при работе с сопряженным
оборудованием.

Чтобы выполнить гальваническую развязку, требуется использовать
трансформатор, который обладает необходимым числом обмоток. При этом
сегодня для питания современных ПК требуется достаточно большая
мощность. Вот почему, чтобы сделать это, пришлось бы применять
трансформатор, который бы много весил и был бы некомпактный по размеру .
Но благодаря тому, что с ростом частоты тока питания трансформатора для
образования такого же магнитного потока понадобится меньшее число
витков с меньшим сечением примененного магнитопровода, БП, созданные с
помощью преобразователя, оказываются небольшие и легкие.

⇡#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.

Устройство источника дежурного напряжения

Источник дежурного напряжения (ИДН) содержит в себе маломощный инвертор.

Этот инвертор превращает высокое постоянное напряжение, полученное с высоковольтного фильтра, в переменное. Это напряжение понижается до необходимой величины маломощным трансформатором.

Инвертор работает на гораздо более высокой частоте, чем частота сети, поэтому размеры его трансформатора невелики. Напряжение со вторичной обмотки подается на выпрямитель и низковольтный фильтр (электролитические конденсаторы).

Напряжение ИДН должно находиться в пределах 4,75 — 5,25 В. Если оно будет меньше — основной мощный инвертор может не запуститься. Если оно будет больше, компьютер может «подвисать» и сбоить.

Для поддержания стабильного напряжения в ИДН часто используется регулируемый стабилитрон (иначе называемый источником опорного напряжения) и обратная связь. При этом часть выходного напряжения ИДН подается во входные высоковольтные цепи.

Заканчивая первую часть статьи, отметим, что для гальванической развязки входных и выходных цепей используется оптопара.

Оптопара содержит источник и приемник излучения. В блоках питания чаще всего используется оптопара, содержащая в себе светодиод и фототранзистор.

Инвертор в ИДН собран чаще всего на мощном высоковольтном полевом или биполярном транзисторе. Мощный транзистор отличается от маломощных тем, что рассеивает бОльшую мощность и имеет бОльшие габариты.

В этом месте сделаем паузу. Во второй части статьи мы рассмотрим основной инвертор и низковольтную часть компьютерного блока питания.

С вами был Виктор Геронда.

До встречи на блоге!

P.S. Фото кликабельны, кликайте, рассматривайте внимательно схемы и удивляйте знакомых своей эрудицией!

Разъемы и провода блока питания

Вот тут и начинается самый «хардкор», потому что у блоков питания бывают разные комплекты проводов, равно как и у комплектующих бывают различные разъемы. А что, если на БП не найдется нужного провода?.. В процессе выбора этот вопрос будет мучить любого неопытного пользователя. И вот тут у нас для вас есть две новости — хорошая и плохая. Начнем с плохой: чтобы грамотно выбрать блок питания, вам будет полезно узнать, какие бывают провода и разъемы.

Вот наглядный коллаж с фотографиями шести основных разъемов, которые используются в современных компьютерах. Далее по порядку рассмотрим назначение каждого из них:

  • Кабель питания диска SATA: используется с жесткими (HDD) и твердотельными (SSD) накопителями;
  • Кабель питания ЦПУ: обеспечивает питанием процессор, разъем для этого кабеля есть на каждой материнской плате, при этом он может быть и 8-штырьковым, но это встречается редко.
  • Кабель питания материнской платы: как уже упоминалось выше, предназначен для запитывания «материнки»;
  • Кабель питания флоппи-привода: раньше такой кабель использовался для подачи энергии на отсек для дискет;
  • Кабель питания PCI-Express: предназначен для обеспечением электроэнергией видеокарт и вообще любых карт расширения PCI-e, также стоит отметить, что чаще всего он структуру 6+2 pin или 4+4 pin, а еще их может понадобиться сразу две штуки, если у видеокарты высокое энергопотребление
  • Кабель питания периферии (он же Molex): когда-то он запитывал жесткие диске IDE-типа, а также CD/DVD-приводы, но сейчас используется разве что для подключения регулярно вращения вентиляторов или какой-нибудь выносной панели на корпусе.

Кстати, если кабель питания ЦПУ на БП 4-штырьковый, а разъем на материнской планете 6- или 8-штырьковый, то ничего страшного. Ставьте свой 4-pin, его вполне хватит, если вы не собираетесь практиковать экстремальный разгон.

А теперь, пока вы укладываете в голове все эти знания, поделимся с вами хорошей новостью: компоновка проводов на всех современных блоках питания примерно одинаковая. В этом плане разница между современными БП разве что в количестве проводов разного типа. Таким образом, вам не нужно маниакально записывать все разъемы на своих комплектующих, если только вы не собираете какой-то странный агрегат вместо игрового компьютера.

Кабели для дисков всегда идут с несколькими коннекторами, обычно по три на каждыйКабели для дисков всегда идут с несколькими коннекторами, обычно по три на каждый

Кстати, на рынке также можно найти модульные блоки питания со съемными кабелями. Они позволяют пользователю самостоятельно распределить мощность, что довольно удобно, если вы любите все тонко настраивать под себя. Но такие БП стоят дороже, да и к тому же придется вручную их присоединять, а также искать дополнительные провода, если у компьютера нестандартный набор комплектующих. Например, три видеокарты или очень много жестких дисков.

К тому же блоки питания со съемными кабелями, как правило, менее надежные. Из-за наличия дополнительного звена в виде разъема для подключения кабеля возникает избыточный нагрев. Это в общем-то не страшно, но и хорошего в этом ничего нет.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий