Методика тестирования блоков питания стандарта ATX

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.

Введение

Современные блоки питания, в общем, и для компьютера в частности, представляют собой довольно сложные устройства. Основных только электрических характеристик больше десятка, а есть еще шумовые, тепловые, массогабаритные. Все блоки питания стандарта АТХ являются импульсными преобразователями с различными вариациями схемных решений, но с единым принципом работы. Без специального оборудования, в виде управляемых нагрузок, осциллографа и некоторых других устройств невозможно протестировать соответствие стандарту характеристик, указанных на наклейке и в паспорте блока питания. Самый простой вопрос «Хватит ли блока питания ХХХ для работы компьютера УУУ?» на самом деле вовсе не так прост. Для ответа на поставленный вопрос необходимо ознакомиться с разнообразными характеристиками существующих блоков питания и типичным потреблением компьютерного железа.

Все основные характеристики и требования в той или иной степени описаны в документах, известных как ATX12V Power Supply Design Guide Version 2.2, SSI EPS12V Power Supply Design Guide Version 2.91 и аналогичных. Эта документация предназначается производителям блоков питания для обеспечения совместимости их аппаратуры с общепринятым стандартом ATX. Сюда входят геометрические, механические и, конечно же, электрические характеристики устройств. Вся документация доступна в открытом виде в сети Internet ( ATX12V PSDG / SSI EPS PSDG ). Приведем основные темы, описанные в этой документации. Начать стоит с наиболее важной величины, которая указывается на каждом блоке питания доступном в розничной продаже.

У мене внутри, гм… неонка!

Внимание: описание части вунтренней конструкции сознательно опущена: те, кто знают электротехнику / увлекается микроэлектроникой — в курсе, как устроен БП, прекрасно обойдутся и без этого раздела, а тем, кому всё это вновинку теоретический материал в более подробном виде вряд ли сейчас необходим, остальным же — википедия в помощь.

Сами внутренности блока питания можно условно разделить на три больших части: входные цепи, преобразователь и выходные цепи.

Во входных цеплях переменный ток, пройдя через несколько фильтров и корректор мощности (о нём — чуть позже), «выпрямляется» диодным мостом:

Несмотря на постоянную смену полярности на входе, взаимная ориентация диодов позволяет получить фиксированный выход с «плюсом» и «минусом». После подобного преобразования переменный ток превращается в постоянный, правда, с одним небольшим неприятным эффектом: вместо постоянного тока и постоянного напряжения, мы получаем постоянный ток переменного напряжения:

Для нормального дальнейшего преобразования постоянного тока необходимо применить различные фильтры: конденсаторы, дроссели, стабилизаторы напряжения, которые сгладят пульсации в напряжении до приемлемых величин.

Далее спрямлённый и укрощённый до постоянных величин ток попадает в блок преобразования, который состоит из двухтактного преобразователя на биполярных, что нынче редкость или MOSFET-транзисторах. Далее используется импульсный трансформатор, который и создаёт необходимые компьютеру напряжения (+3.3, +5 и +12 Вольт). Он же используется для гальванической развязки внутренностей БП и ПК с внешней сетью. Основная магия происходит здесь. Схемотехника внутри устройства отвечает за стабильность и эффективность преобразования, и чем она лучше, тем дороже устройство и тем меньше энергии расходуется впустую: на нагрев, шум вентилятора и счета за электричество. Кроме того, чем лучше начинка, тем меньше шансов, что с компьютером что-либо случится по причине нестабильного питания.

Выходные цепи обеспечивают повторную фильтрацию полученных линий питания и осуществляют «обратную связь» железа с ПК: рост потребления электроэнергии вызывает просадку по напряжению, а она даёт понять БП, что необходимо увелчить производительность трансформатора и восстановить требуемые параметры внутренней сети питания ПК.

Фильтрация

Первое, что блок питания делает с сетевым электричеством, это не выпрямление и не понижение, а выравнивание входного напряжения. Поскольку в наших домах, офисах и на предприятиях имеется множество электрических устройств и приборов, постоянно включающихся-выключающихся, а также излучающих электромагнитные помехи, переменный ток в сети часто бывает «скомканный» и со случайными скачками и перепадами (частота также не постоянна). Это не только затрудняет блоку питания выполнять преобразования, но может вывести из строя некоторые элементы внутри него.

Наш БП имеет две ступени так называемых входных фильтров (transient filter), первая из которых построена сразу на входе с помощью трёх конденсаторов. Она выполняет роль, похожую на роль «лежачего полицейского» на дороге – только вместо скорости, этот фильтр гасит внезапные скачки входного напряжения.

Источник фото techspot.com

Вторая ступень фильтра более сложная, но в сущности делает то же самое.

Желтые кирпичики – это снова конденсаторы, а вот зеленые кольца, обмотанные медным проводом, это индуктивные катушки (хотя при таком использовании их обычно называют дросселями). Катушки накапливают электрическую энергию в магнитном поле, но энергия при этом не теряется, а за счет самоиндукции плавно возвращается обратно. Таким образом, внезапно появившийся высокий импульс (скачок) поглощается магнитным полем дросселя, чтобы на выходе дать ровное напряжение без всяких скачков.

Два маленьких синих диска – ещё одни представители многообразия конденсаторов, а чуть ниже них (зелёный, с длинными ножками, обтянутыми черными изоляторами) – металлооксидный варистор (MOV). Они также используются для защиты от скачков входного напряжения. Подробнее о различных типах входных фильтров можно прочитать здесь.

Источник фото techspot.com

По этому узлу блока питания часто можно определить, насколько производитель сэкономил, или к какому бюджетному классу принадлежит девайс. Более дешевые будут иметь упрощённую фильтрацию входа, а самые дешёвые и вовсе не иметь таковой (избегайте таких!).

Теперь, когда напряжение выровнено и причёсано, ему дозволяется идти дальше – собственно, к преобразованию.

Небольшой ликбез о напряжениях и токах компьютерного БП

Во-первых, не стоит пренебрегать техникой безопасности.

Если на выходе блока питания мы имеем дело с безопасными для здоровья напряжениями, то вот на входе и внутри него 220 и 110 Вольт! Поэтому, соблюдайте технику безопасности. И позаботьтесь о том, чтобы никто другой не пострадал от экспериментов!

Во-вторых, нам потребуется Вольтметр или мультиметр. С помощью него можно измерить напряжения и определить полярность напряжения (найти плюс и минус).

В-третьих, на блоке питания вы можете найти наклейку, на которой будет обозначен максимальный ток, на который рассчитан блок питания, по каждому напряжению.

На всякий случай отнимите от написанной цифры 10%. Так вы получите наиболее точное значение (производители часто врут).

В-четвертых, блок питания ПК типа АТХ предназначен для формирования постоянных питающих напряжений +3.3V, +5V, +12V, -5V, -12V. Поэтому не пытайтесь получить на выходе переменное напряжение.Мы же расширим набор напряжений путем комбинирования номинальных.

Как выбрать блок питания компьютера? Кабели и разъёмы.

Немаловажным критерием при выборе блока питания является наличие у него всех необходимых кабелей и разъёмов, с помощью которых обеспечиваются питанием все комплектующие компьютера. Как правило у блока питания на сегодняшний день на кабелях 5 основных разновидностей разъёмов:

Основной 24-х контактный (или как еще говорят 24-х пиновый) разъём. Через него обеспечивается питанием материнская плата. Также, с помощью него, материнская плата управляет включением и отключением самого БП. Такой разъём бывает всего один.
На некоторых старых материнках этот разъём был 20-ти контактный. Поэтому некоторые БП оснащаются 20+4 пиновым разъёмом. На картинке справа, как раз такой формат. 4-х или 8-ми контактный разъём для питания центрального процессора (CPU). В большинстве блоков питания это 4-х контактный разъём. 8-ми (4+4) контактный подключается только для очень мощных процессоров, которые используются в серверных решениях либо энтузиастами. Подключается такой разъём в специальное гнездо на материнской плате. PCI-E разъём для питания видеокарты. Раньше для видеокарт не требовалось дополнительное питание. Но вот почти все современнные видеокарты нуждаются в доп. питании. Как правило это 6-ти контактный разъём и обычно блок питания оснащается 2 такими разъёмами (для систем, в которых используется две видеокарты). Для мощных видеокарт используется уже 8-ми контактный разъём, формата 6+2 (при покупке БП стоит это учесть). 4-х контактный MOLEX разъём, который в основном использовался для питания старых винчестеров, оптических приводов и других устройств. Molex становится «универсальным разъём», если использовать специальные переходники. С помощью него таким образом можно обеспечить питанием любое устройство, с напряжением 12 или 5 Вольт. Таких разъёмов в БП бывает несколько. SATA разъём, который обеспечивает питанием жёсткие диски и SSD диски. К материнке подключается с помощью специального интерфейса SATA. Таких разъёмов в БП бывает несколько. Если же их не хватает, то с помощью переходников можно подключить устройство к разъёму Molex.

В блоках питания могут быть и иные разъёмы, но они не обязательны, и без них обычно можно обойтись.

Популярные сообщения

Блок питания для компьютера

Основные характеристики современных блоков питания:

Самые распространенные БП для настольных компьютеров относятся к форм-фактору ATX с дополнительным 12-вольтовым разъемом питания и имеют стандартные габариты 150х86х140 мм. Они строго выдерживаются всеми производителями, следовательно можно легко менять один блок питания на другой. Однако модели повышенной мощности, как правило, имеют нестандартные, увеличенные габариты, что вызвано необходимостью установки двух силовых трансформаторов, способных выдать нужную мощность. Речь идет о блоках питания мощностью 1000 Вт и выше — они длиннее стандартных примерно на 40-50 мм.

На выходе блок питания выдает следующие напряжения +3.3 v, +5 v, +12 v и некоторые вспомогательные -12 v и + 5 VSB. Основная нагрузка ложится на линию +12 V.
Мощность (W — Ватт)расчитывается по формуле P = U x I, где U – это напряжение (V — Вольт), а I – сила тока (A — Ампер). Отсюда вывод, чем больше сила тока по каждой линии, тем больше мощность. Но не все так просто, допустим при большой нагрузке по комбинированной линии +3.3 v и +5 v, может уменьшиться мощность на линии +12 v. Разбирем пример на основе маркировки блока питания AEROCOOL E85-700.

Указано, что максимальная суммарная мощность по линиям +3.3V и +5V = 150W, также указано, что максимальная мощность по линии +12V = равна 648W. Обратите внимание, что указаны две виртуальные линии +12V1 и +12V2 по 30 Ампер каждая – это вовсе не означает, что общий ток 60А, так как при токе в 60А и напряжении 12V, мощность бы была 720W (12×60=720). На самом деле указан максимально возможный ток на каждой линии. Реальный же максимальный ток легко рассчитать по формуле I=P/U, I = 648 / 12 = 30 Ампер. Общая мощность 700W.

Для расчета мощности блока питания можете воспользоваться этим калькулятором , сервис на английском языке, но думаю разобраться можно.
По своему опыту могу заметить, что для офисного компьютера вполне достаточно блока питания на 350W. Для игрового хватит БП на 400 — 500W, для самых мощных игровых с мощной видеокартой или с двумя в режиме SLI или Crossfire – необходим блок на 600 — 700W.
Процессор обычно потребляет от 35 до 135W, выдеокарта от 30 до 340W, материнская плата 30-40W, 1 планка памяти 3-5W, жесткий диск 10-20W. Учитывайте также, что основная нагрузка ложится на линию 12V. Да, и не забудьте добавить запас 20-30% с расчетом на будущее.

Не маловажным будет КПД блока питания. КПД (коэффициент полезного действия) — это отношение выходной мощности к потребляемой. Если бы блок питания мог преобразовать электрическую энергию без потерь, то его КПД был 100%, но пока это невозможно.
Например, для того, чтобы блоку питания с КПД 80% обеспечить на выходе мощность 400W, он должен потреблять от сети не больше 500W. Тот же блок питания, но с КПД 70%, будет потреблять около 571W. Опять же, если блок питания не сильно нагружен, например на 200W, то и потреблять от сети он будет тоже меньше, 250W при КПД 80% и приблизительно 286 при КПД 70%.
Существует организация, которая тестирует блоки питания на соответствие определенному уровню сертификации. Сертификация 80 Plus проводилась только для электросети 115В распространенной, например в США. Начиная с уровня 80 Plus Bronze, блоки питания тестируются для использования в электросети 230В. Например, для прохождения сертификации уровня 80 Plus Bronze КПД блока питания должен быть 81% при нагрузке 20%, 85% при нагрузке 50% и 81% при нагрузке 100%.

Наличие одного из логотипов на блоке питания говорит о том, что блок питания соответствует определенному уровню сертификации.
Плюсы блока питания с высоким КПД:
Во-первых, меньше энергии выделяется в виде тепла, соответственно системе охлаждения блока питания нужно отводить меньше тепла, следовательно, и шума от работы вентилятора меньше. Во-вторых, небольшая экономия на электричестве. В-третьих, качество у данных БП высокое.

Активный и пассивный PFC

PFC (Power Factor Correction) – Коррекция фактора (коэффициента) мощности. Фактором мощности называется отношение активной мощности к полной (активной + реактивной).
Так как реальная нагрузка обычно имеет еще индуктивную и емкостную составляющие, то к активной мощности добавляется реактивная. Нагрузкой реактивная мощность не потребляется – полученная в течение одного полупериода сетевого напряжения, она полностью отдается обратно в сеть в течение следующего полупериода, впустую нагружая питающие провода. Получается, что от реактивной мощности толку ноль, и с ней по возможности борются, с помощью различных корректирующих устройств.
PFC — бывает пассивным и активным.
Преимущества активного PFC:
Активный PFC обеспечивает близкий к идеальному коэффициент мощности (у активного 0.95-0.98 против 0.75 у пассивного).
Активный PFC стабилизирует входное напряжение основного стабилизатора, блок питания становится менее чувствительным к пониженному сетевому напряжению.
Активный PFC улучшает реакцию блока питания во время кратковременных провалов сетевого напряжения.
Недостатки активного PFC:
Снижает надежность блока питания, так как усложняется устройство самого блока питания. Требуется дополнительное охлаждение. В целом преимущества активного PFC перевешивают его недостатки.
В принципе можно не обращать внимания на тип PFC. В любом случае, при покупке блока питания меньшей мощности, в нем, скорее всего, будет пассивный PFC, при покупке более мощного блока от 500 W – вы, скорее всего, получите блок с активным PFC.

Система охлаждения блоков питания.

Кабели и разъемы.
Обратите внимание на количество разъемов и длину кабелей идущих от блока питания, в зависимости от высоты корпуса нужно выбрать БП с соответствующими по длине кабелями. Для небольшого корпуса достаточно длины 40-45 см.

Современный блок питания имеет следующие разъемы:

1 — 24-х контактный разъем для питания материнской платы. Обычно раздельный 20 + 4 контакта, бывает и цельный.

23 — Разъем процессора. Обычно 4-х контактный, для более мощных процессоров используется 8-и контактный.
4 — Разъем для дополнительного питания видеокарты. 6-и и 8-и контактный. 8-и контактный иногда сборный 6+2 контакта.

6 — Разъем SATA для подключения жестких дисков и оптических приводов.

5 — 4-х контактный разъем (Molex) для подключения старых IDE жестких дисков и оптических приводов, вентиляторов.

7 — 4-х контактный разъем для подключения дисководов FDD.
Модульные кабели и разъемы.

Многие более мощные блоки питания сейчас используют модульное подключение кабелей с разъемами. Это удобно, тем, что нет надобности, держать неиспользуемые кабели внутри корпуса, к тому же меньше путаницы с проводами, просто добавляем по мере необходимости. Отсутствие лишних кабелей, также улучшает циркуляцию воздуха в корпусе. Обычно в этих блоках питания несъемные только разъемы для питания материнской платы и процессора.

Производители.
Производители блоков питания делятся на три группы:

1. Производят свою продукцию – это такие бренды, как FSP, Aerocool, Enermax, HEC, Seasonic, Delta, Hipro.
2. Производят свою продукцию, частично перекладывая производство на другие компании, например Corsair, Antec, Silverstone, Zalman.
3. Перепродают под собственной маркой — например Chiftec, Cooler Master, Gigabyte, OCZ, Thermaltake.
Можно смело приобретать продукцию этих брендов. В интернете можно найти обзоры и тесты многих блоков питания и ориентироваться по ним.

4 коммент.:

Господа, приветствую! Обнадёжте своими соображениями.
Есть светодиод из авторитетного магазина с Али (по заверениям опытных юзеров, диоды китаец продаёт качественные), мощность 3W, напряжение питания в диапазоне 3-3,4V, потребляемый ток 0,4-0,5A.
Хочу заставить его гореть. И так как у АТХ есть линия +3,3В, что вписывается в указанный диапазон у диода, думаю подключить диод к ней. На шильдике БП указано, что линия 3
+3,3В 28Ампер. Я конечно не профильный электротехник, но всегда думал, что 28 ампер (в данном случае 28) — это нагрузка, которую источник может потянуть.
Так вот вопрос в том, что если я подам +3,3В с БП на диод, у которого максимально допустимый ток 0,5А, он, этот диод, не сгорит?
[email protected]

10 марта 2019 г., 01:48 Сергей Ветров комментирует.

просто и подробно о персональном компьютере,его устройстве, настройке и сборке.

Как на БП компьютера
подается питающее напряжение от электросети

Для того чтобы постоянные напряжения появились на цветных проводах блока питания, на его вход нужно подать питающее напряжение. Для этого на стенке, где обычно установлен кулер, имеется трехконтактный разъем. На фотографии этот разъем справа вверху. В нем есть три штыря. На крайние с помощью сетевого шнура подается питающее напряжение, а средний является заземляющим, и он через сетевой шнур при его подключении соединяется с заземляющим контактом электрической розетки. Ниже на некоторых Блоках питания, например на этом, установлен сетевой выключатель.

В домах старой постройки электропроводка выполнена без заземляющего контура, в этом случае заземляющий проводник компьютера остается не подключенным. Опыт эксплуатации компьютеров показал, что если заземляющий проводник не подключен, то это на работу компьютера в целом не сказывается.

Сетевой шнур для подключения Блока питания к электросети представляет собой трехжильный кабель, на одном конце которого имеется трех контактный разъем для подключения непосредственно к Блоку питания. На втором конце кабеля установлена вилка C6 с круглыми штырями диаметром 4,8 мм с заземляющим контактом в виде металлических полосок по бокам ее корпуса.

Если вскрыть пластмассовую оболочку кабеля, то можно увидеть три цветных провода. Желто — зеленый – является заземляющим, а по коричневому и синему (могут быть и другого цвета), подается питающее напряжение 220В.

Желто — зеленый провод в вилке С6 присоединяется к заземляющим боковым полоскам. Так что если придется заменять вилку, не забудьте об этом. Все о электрических вилках и правилах их подключения можете узнать из статьи сайта «Электрическая вилка».