Анатомия. Из чего состоит блок питания?
Он есть в каждом компьютере, ноутбуке и приставке. Он не влияет на вашу частоту кадров и майнинг биткоинов. У него нет миллиардов транзисторов, и в его производстве не используются новейшие полупроводниковые техпроцессы. Звучит скучно? Ничуть! Без этой штуки наши компьютеры абсолютно ничего бы не сделали.
БП, они же блоки питания (англ. PSU, Power Supply Units), не взрывают заголовки журналов как новейшие процессоры, но это интереснейшие технологии, заслуживающие нашего внимания. Так что надевайте белые халаты, маски, перчатки и приступим к вскрытию нашего скромного парнишки – блока питания, разберём его на части и рассмотрим, чем занимается каждый его орган.
И да, совсем недавно мы разбирались как правильно выбрать Блок питания. Рекомендуем к прочтению.
Назначение блока питания
Даже полный «чайник» знает, что БП подает ток. Однако такое утверждение фактически почти ничего не объясняет. Блок питания выполняет три основные функции:
- Понижает напряжение в сети от 220 В (возможны и другие значения) до рабочего напряжения, необходимого для подачи к потребителям энергии – 3.3, 5 и 12 В, в том числе и с отрицательными значениями.
- Выпрямляет переменный ток с частотой 50 Гц, делая его постоянным.
- Стабилизирует рабочее напряжение.
Такие функции требуют соответствующей электрической схемы. БП для системного блока – вовсе не простая конструкция, как можно ошибочно подумать. Рассмотрим более детально его строение – какие логические блоки спрятаны там внутри, и как работает каждый из них.
Входной фильтр, высоковольтный выпрямитель и емкостный фильтр
На входе импульсного БП имеется входной фильтр. Он не пропускает помехи, которые всегда есть в электрической сети, в блок питания.
Помехи могут возникать при коммутации мощных потребителей энергии, сварке и т.п.
В то же время он задерживает помехи и самого блока, не пропуская их в сеть.
Если быть более точным, помехи в БП и из него проходят, но достаточно сильно ослабляются.
Входной фильтр представляет собой фильтр нижних частот (ФНЧ).
Он пропускает низкие частоты (в том числе сетевое напряжение, частота которого равна 50 Гц) и ослабляет высокие.
Отфильтрованное напряжение поступает на высоковольтный выпрямитель (ВВ). Как правило, ВВ выполнен по мостовой схеме из четырех полупроводниковых диодов.
Диоды могут быть как отдельными, так и смонтированными в одном корпусе. Существует и другое название такого выпрямителя — «диодный мост».
Выпрямитель превращает переменное напряжение в пульсирующее, т. е. одной полярности.
Грубо говоря, диодный мост «заворачивает» отрицательную полуволну, превращая ее в положительную.
Пульсирующее напряжение представляет собой ряд полуволн положительной полярности. На выходе ВВ стоит емкостной фильтр — один или два последовательно включенных электролитических конденсатора.
Конденсатор — это буферный элемент, который может заряжаться, запасая энергию и разряжаться, отдавая ее.
Когда напряжение на выходе выпрямителя ниже некоей величины («провал»), конденсатор разряжается, поддерживая его на нагрузке. Если же оно выше, конденсатор заряжается, обрезая пики напряжения.
В курсе высшей математике доказывается, что пульсирующее напряжение представляет собой сумму постоянной составляющей и гармоник, частоты которых кратны основной частоте сети.
Таким образом, емкостный фильтр можно рассматривать здесь как фильтр нижних частот, выделяющий постоянную составляющую и ослабляющий гармоники. В том числе и основную гармонику сети — 50 Гц.
Покупая блок питания
На самом деле, нет смысла смотреть на какие-то особенные характеристики при покупке блока питания. Главное, чтобы было максимальное напряжение побольше. А то..
1. Напряжение. Сейчас норма — это 500В. На самом деле, для питания обычного компьютера хватило бы и 300В, но дело в том, что при использовании более 50% от максимума начинаются очень неприятные и «болезненные» скачки, которые никак не предотвратить. Надеюсь, вы поняли, как это важно. Я по своей глупости купил впритык — 440В.
2. MTFB. Иногда на блоках указывается, сколько должно пройти времени до первой неполадки. Понятное дело, что чем больше — тем лучше. Минимум должно быть 100 000 часов.
3. Время удержания выходного напряжения. В миллисекундах. Смотрите, чтобы число было близко к 20 мс.
4. Пиковый ток при включении. Смотрите, чтобы он был как можно меньше, и ориентируйтесь на значение напряжения. Некоторые изначально плохие блоки могут при большом значении пикового тока сгореть при первом включении. Но это уж, конечно, так еще «китайщина».
Ну и все. Ориентируясь на эти характеристики, блок питания купить труда не составит. Да и сказать то больше нечего. Лишь покажу вам небольшую картинку, где расписаны, какие провода что обычно питают.
Первый нужен для того, чтобы подавать энергию на периферийное устройство, дисковод. Третий — для питания SATA-устройств. Четвертый и пятый нужны для питания видеокарты, пятый и шестой — для подпитки процессора. Последний, самый огромный, отвечает за подачу напряжения на материнскую плату в целом. Ну, и все, вроде как.
Не забывайте чистить блок питания. Большое количество пыли в нем может запросто его «убить». Лучше всего просто высасывать всю грязь пылесосом, через отверстия кулера.
Ну, и все. На этом можно закончить. Не буду говорить громких слов или то, что когда-нибудь эта тема вернется, так как ни о чем сегодня точно говорить нельзя. Надеюсь, эта маленькая кучка статей о внутренностях вашего компьютера вам пришлась по душе.
Даем определение
Блок питания — это устройство в задачи которого входит преобразовать сетевое переменное напряжение в постоянное и подать его компонентам компьютера (системной карте, процессору, видеокарте, жесткому диску, оперативной памяти и другим периферийным устройствам).
Также блок питания (БП) имеет свойство защитить компьютер от перепадов напряжения.
По сути, это инверторная система (относиться к устройствам импульсного типа), которая инвертирует, изменяет сетевое напряжение для разных задач.
Выглядит БП, как небольшая коробочка с вентилятором, вставляемая в системный блок.
В разных странах напряжение и частота тока в сети разная. К примеру, если в России, а также в большинстве странах Европы, данные показатели равны 220В и 50 Гц соответственно, то в США напряжение тока в сети равна 120В, а частота 60Гц.
К примеру, в Австралии данные показатели равны 240В/50Гц.
Соответственно производство блоков питания, в техническом плане, налаживается исходя из того, в какую страну мира они будут поставляться.
Есть универсальные устройства, которые можно использовать в некоторых странах.
Без блока питания компьютер работать не будет. Очень часто если не включается системный блок в первую очередь следует искать причину именно в этом устройстве, и при необходимости заменять его на новое.
Сегодня существуют устройства с различной мощностью.
Мощность блоков питания современных ноутбуков, к примеру, 25-100 Ватт. В обычных персональных компьютерах параметр порой достигает 2000 Ватт.
Говорят, что, чем мощнее устройство, тем лучше. Однако не каждому нужен такой мощный и дорогой аппарат.
Многие специалисты расценивают покупку блока питания с большой мощностью как бесполезную трату денег (в том числе и на электроэнергию).
Некоторые компании сегодня отказываются от выпуска таких устройств с высокой мощностью вследствие экологических проблем в мире.
Хотя наличие устройств на полках магазинов мощностью в 500 Ватт, в наше время является обыденным делом.
Что желательно иметь для ремонта и проверки Блока Питания?
а. — любой тестер (мультиметр).
б. — лампочки: 220 вольт 60 — 100 ватт и 6.3 вольта 0.3 ампера.
в. — паяльник, осциллограф, отсос для припоя.
г. — увеличительное стекло, зубочистки, ватные палочки, технический спирт.
Мифы о блоках питания
Чем больше вес, тем качественнее блок питания
Это уже устаревшее определение качества БП, ничего общего не имеющее с реальностью. Если раньше это высказывание опиралось на факты, то сейчас они говорят о другом. Раньше КПД блоков питания был относительно низкий, поэтому на внутренних компонентах выделялось большое количество тепла. Для предотвращения их перегрева использовались массивные радиаторы, которые и составляли львиную долю веса всего БП.
В современных устройствах (ввиду высокого КПД) нагрев элементов несущественный, поэтому зачастую можно встретить блоки питания без радиаторов во вторичной цепи.
Также на уменьшении потерь сказывается использование APFC, улучшение характеристик импульсных трансформаторов, замена выпрямительных диодов на полевые транзисторы. Последнее связано с тем, что у MOSFET-ов сопротивление канала в открытом состоянии составляет доли Ома, что ведет к снижению выделяемой на них мощности. Стоит отметить, что высокая частота работы инверторов также привела к уменьшению размеров компонентов.
Многообещающая компонентная база
Многим компьютерным пользователям известны различные уловки производителей по привлечению покупательского спроса. Самые распространенные из них украшают упаковки: применение «японских» и твердотельных конденсаторов (очень часто — «японских» твердотельных), возможность работать в экстремальных условиях, дроссели с ферритовым сердечником, наличие всевозможных защит.
Все вышеперечисленное, конечно же, является огромным плюсом, но всегда ли это совпадает с реальностью? У хороших фирм — да. Однако уловка заключается в следующем: «японские» и полимерные конденсаторы, дроссели с ферритовым сердечником присутствуют внутри, но их количество — минимальное. Вся остальная «рассыпуха» может быть представлена бюджетными элементами.
А зачем обычному пользователю блок питания с «возможностью работы в экстремальных условиях»? Большинство пользователей разве работает дома при минусовых температурах или, наоборот, при аномально высокой жаре? Лишь за редким исключением. Вердикт таков: индустриальный класс устройств должен применяться по назначению, а не быть навязан домашнему пользователю.
Обилие защит, ярко расписанное маркетологами компаний, ровным счетом ни о чем не говорит. Стандарт ATX предусматривает проверку всех БП на соответствие требованиям безопасности. В противном случае непрошедшие контроль качества устройства просто не поступят в продажу. Маркетинг.
Читайте также: И 1.08-08 Инструкция по проектированию и монтажу контактных соединений шин между собой и с выводами электротехнических устройств (выдержки)
Миф о многоканальных и одноканальных шинах +12V
Эта тема настолько обширная и настолько запутанная, что в рамках статьи невозможно описать все предубеждения, связанные с этим мифом. Внесем лишь одну ясность. Любой БП имеет шину +12V. Согласно стандарту ATX, максимальный ток на одной линии не должен превышать 20 А. Инженеры, «обманывая» регламентированные требования, пошли на ухищрение и снабдили БП виртуальными шинами, каждая из которых питает отельную группу разъемов блока питания. Однако они зашунтированы и запитаны все от того же канала +12V.
В последнее время все чаще встречаются многоканальные БП с ограничением тока по каждой линии в 30 А. В этих устройствах линии сгруппированы для того, чтобы превысить нормы стандарта ATX, не нарушая их. Однако все они изначально связаны с одной единственной несущей шиной!
Для блоков питания с APFC требуется UPS с синусоидальной формой напряжения на выходе
Совместимость источников бесперебойного питания и БП с активным корректором коэффициента мощности давно обсуждается в интернете. Однако стоит расставить все точки над i. Несовместимость UPS и APFC-блока кроется в больших пусковых токах, так как последний фактически работает в режиме высокочастотного короткого замыкания. Поэтому советуем вам присмотреться к покупке «бесперебойника» с двукратным запасом мощности. В противном случае UPS может просто уйти в защиту.
⇡#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.
