Все про компьютерные блоки питания на примере Silencer MK III 750 W

Что такое блок питания.

Блок питания – это устройство, которое используется для создания напряжения, необходимого для работы компьютера, из напряжения домашней электросети. В России блок питания (в дальнейшем просто БП) преобразует переменный электрический ток домашней электрической сети напряжением 220 В и частотой 50 Гц в заданный постоянный ток. В разных странах стандарты домашней электросети отличаются. В США, к примеру, в дома обычных жителей подаётся переменный ток напряжением 120 В и частотой 60 Гц.

Для расчёта сопротивления проводника вы можете воспользоваться калькулятором расчета сопротивления проводника.

Про блоки питания

Что же должен делать блок питания компьютера? Очевидный ответ — питать все компоненты необходимыми напряжениями, преобразовывая 220 переменных вольт (в идеальном случае, в реальности бывает по-разному) в розетке в разные постоянные напряжения. Менее очевидный ответ — защищать компьютер от разных сюрпризов, к сожалению, не редких в наших электросетях. Совсем не очевидный ответ — участвовать в охлаждении компьютера, так как большой вентилятор блока питания играет свою роль в обеспечении нормальной циркуляции воздуха в корпусе.

Давайте по порядку. Какие именно напряжения нужны компьютеру? Стандарт ATX говорит нам, что блок питания должен обеспечивать выходные напряжения ±5, ±12, +3,3 Вольт, а также +5 Вольт дежурного режима (англ. standby). Стоит учитывать, что напряжения –5 и –12 Вольт являются «наследием прошлого» и часто не реализуются в современных БП. Как распределяются остальные напряжения в компьютере?

Большая часть напряжений (±5, ±12, +3,3 В) используется материнской платой. Наиболее мощные потребители (процессор, видеокарта, чипсет) питаются через вторичные преобразователи напряжения, которые размещаются на материнской плате и видеокарте.

Для жёстких дисков, оптических приводов, вентиляторов используются только напряжения +5 и +12 В. Помимо прочих плюсов, разделение питания на +5 и +12 В позволяет оптимизировать потери энергии на преобразователе блока питания.

Напряжение +3,3 В в БП часто формируется из +5 В, поэтому ограничение мощности на ±5 и +3,3 В — общее.

Прежде чем разбираться как все это работает в современных компьютерах, стоит сначала разобраться с «историей»: как работали блоки питания раньше?

Схема трансформаторного блока питания очень простая. Сначала напряжение понижается с помощью трансформатора, потом выпрямляется с помощью диодного моста, и наконец, пульсации сглаживаются фильтром (в приведенной выше схеме в его роли выступает конденсатор). Обычно, в реальности фильтр строится по более сложной схеме, мы не будем углубляться в эту сторону. К достоинствам трансформаторных блоков питания можно отнести простоту, надежность и отсутствие помех. Но, к сожалению, недостатки их перевешивают достоинства: большой вес, габариты и металлоемкость (размеры трансформатора очень сильно зависят от мощности), падение КПД (особенно при использовании продвинутых схем фильтрации), плохая устойчивость к изменению напряжения в сети. Как вы понимаете, с учетом последнего недостатка, использование таких блоков питания в компьютерах — просто невозможно.

На помощь приходят импульсные блоки питания.

В таких блоках питания напряжение сети сначала выпрямляется, потом это постоянное напряжение преобразуется в прямоугольные импульсы повышенной частоты и заданной скважности, которые подаются либо на трансформатор (если используется гальваническая развязка), либо сразу на выходной фильтр низкой частоты. За счет использования тока высокой частоты, трансформатор можно делать заметно меньше, чем для обычного переменного тока 50 герц, кроме того, можно использовать ферритовый сердечник, а не трансформаторную сталь.

Для борьбы с изменением напряжения в сети используется механизм обратной связи, которая в зависимости от напряжения на выходе изменяет скважность входных сигналов, изменяя напряжение.

Достоинства импульсных блоков питания фактически строятся на инверсии недостатков трансформаторных. Они компактные и не тяжелые, они дешевле трансформаторных, их КПД заметно выше, лучше приспособлены к изменению напряжения в сети (вплоть до того, что есть ИБП работающие и от 110, и от 220 Вольт), позволяют реализовывать эффективные схемы защиты оборудования (про это ниже). Разумеется, не обошлось и без недостатков. Так как основная часть схемы работает от сети без гальванической развязки — ремонт таких блоков является занятием рисковым. Кроме того, такие блоки питания создают очень сильные высокочастотные помехи, что делает практически невозможным их использование, например, в аудиотехнике. Также такие блоки питания часто критичны к «недогрузке», то есть когда мощность нагрузки ниже минимальной, характеристики выходных напряжений могут отличаться от номинальных.

Какую же защиту могут обеспечить современные БП? Обычно разные виды защиты обозначаются такими аббревиатурами.

• NLO — No-Load Operation, защита при работе в режиме «без нагрузки»
• OVP — Over-Voltage Protection, защита от перенапряжения
• UVP — Under-Voltage Protection, защита от пониженного напряжения
• OLP/OPP — Overload Protection, защита от перегрузки
• OTP — Overheating Protection, защита от перегрева
• SCP — Short-Circuit Protection, защита от короткого замыкания
• OCP — Over-Current Protection, защита от повышенного тока

Импульсные блоки питания позволяют сэкономить на очень многих деталях и узлах, без которых он продолжит работать, но первая же проблема с нагрузкой или входным напряжением приведет к фейерверку, не слабей тех, что запускаются каждый Новый год, а дальше в ход вступает лотерея — какие из узлов компьютера унесет за собой в могилу дешевый блок питания, и не станет ли он причиной пожара. На самом деле, блок питания, пожалуй, тот узел компьютера, на котором экономить стоит меньше всего, но про это чаще всего забывают.

Вооруженные этими теоретическими знаниями, перейдем к рассмотрению героя нашего сегодняшнего обзора.

Сила тока на линии +12 Вольт

Ещё одним важным параметром при выборе блока питания является величина силы тока на линии +12 Вольт. Дело в том, что блок питания преобразует переменный ток с напряжением 220 Вольт из розетки в постоянный с напряжением +3.3 Вольт, +5 Вольт и +12 Вольт. Общая мощность БП складывается из суммы мощностей, которые он выдаёт по каждой из 3-х указанных линий.
• Линия +3.3 Вольт питает планки оперативной памяти
• Линия +5 Вольт питает материнскую плату, SSD диски, жесткие диски и оптические приводы.
• Линия +12 Вольт питает самые энергозависимые устройства компьютера. Это центральный процессор и видеокарта, а также все кулеры (вентиляторы). И на эту линию ложится основная нагрузка.
Некоторые БП не выводят на эту линию (+12В) нужную силу тока. К чему это приводит? Допустим общая необходимая нам мощность при расчёте (это на процессор, материнку и все остальные устройства в компьютере) составила 400 Ватт. И блок питания допустим, тоже соответствует этой общей мощности. Но, если этот блок питания не будет выдавать достаточной мощности по линии +12Вольт, то компьютер не будет работать. Некоторые БП компенсируют необходимую мощность на линиях +3.3В и +3.5В, то есть на линиях где такая мощность в общем то и не особо нужна.
Блок питания нужно выбрать такой, чтобы именно на линии +12В выдавал силу тока для процессора и видеокарты с запасом.

Как узнать необходимую для компьютера силу тока по линии +12В?

Так как по данной линии в компьютере питаются процессор и видеокарта, то необходимо узнать какая максимальная сила тока требуется этим устройствам. Если у вас несколько видеокарт, то нужно сложить необходимую им силу тока тоже. К полученной сумме нужно еще добавить 25% для запаса.
Сила тока необходимая для работы устройства, как правило, указывается в характеристиках на сайте производителя. Если таких данных там нет, то мы можем сами её рассчитать. Из школьного курса физики мы помним (кто то помнит, а кто то и не очень :)), что сила тока измеряется в Амперах (I). Рассчитать силу тока можно с помощью мощности и напряжения. Мощность измеряется в Ваттах (P), а напряжение в Вольтах (U). Сила тока на участке цепи (I) равна отношению мощности тока (P) к напряжению (U). Мощность тока необходимого для процессора и видеокарты указывается в характеристиках на сайте производителя. А напряжение мы с вами знаем. Это 12 Вольт. Таким образом, чтобы узнать необходимую для компьютера силу тока по +12В нам нужно мощность устройства разделить на 12.

Какая сила тока по линии +12В нужна компьютеру с процессором Intel Core i9-9900 и видеокартой NVIDIA GeForce RTX 3080?
Энергопотребление указанного процессора 65Вт, а видеокарты 320Вт. Расчёт:(320+65)/12+25%=40А
Значит, для такого компа на линии +12Вольт нужна сила тока не менее 40 Ампер.

Как узнать силу тока блока питания по линии +12В

Мы с вами выяснили, как можно вычислить необходимую силу тока на линии +12Вольт для компьютера. А как узнать какую силу тока по линии +12В выдаёт тот или иной блок питания? Очень просто. На крышке самого блока питания указывается сила тока по всем 3 линиям, в том числе и по линии +12В.
Как видно на картинке, БП Air Max общей мощностью 600W по линии +12В выдаёт силу тока в 40(А).

Информация из обзоров

Ряд важных параметров, влияющих на выбор качественного БП, не указывается ни на коробке, ни на сайте производителя. Возможно, только кратко и не детально в виде маркетинговой рекламы – «использование японского конденсатора».

Данные характеристики можно узнать только из подробных обзоров конкретных моделей в сети, в том числе и на нашем ресурсе.

По требованиям стандарта ATX12V отклонение напряжений должно укладываться в 5%. Например, для линии +12 В стабильным считается напряжение при различных нагрузках в пределах от +11.4 до +12.6 В. У качественно выполненной схемотехники отклонения укладываются в 1-2%, и это значение иногда указывается на сайте производителя.

В последнее время даже в бюджетных БП отказываются от групповой стабилизации напряжений, применяя DC-DC преобразователи. Это положительно влияет на стабильность напряжений по всем линиям. Аббревиатура DC-DC на упаковке дает некую гарантию.

Схемотехника

Фото вскрытого блока питания только в редких случаях можно увидеть на упаковке или на сайте производителя. В основном это фрагменты в виде упомянутой выше платы DC-DC преобразователя или японского конденсатора, который может быть единственным во всей схемотехнике.

Давайте рассмотрим типичную схемотехнику:

Фильтр электромагнитных помех в виде конденсаторов и дросселей. Если он отсутствует, а такое возможно в очень бюджетных моделях, то такой БП не следует рассматривать к покупке. Часть фильтра распаивается непосредственно на розетке.

• Известный производитель — качественней блок питания? Ориентироваться на бренд не стоит, у всех имеются удачные и неудачные модели. Также многие бренды не сами занимаются производством, а используют ОЕМ схемотехнику, иногда дорабатывая её в лучшую сторону.

С чем это связано? С тем, что БП от данного производителя массово заняли рынок, в основном бюджетный. Большое количество продаж и следовательно больше экземпляров попало в СЦ. Хотя если смотреть по статистике, то процент брака такой же, как и у остальных производителей бюджетных линеек БП.

Резюме

Блок питания (без учета особых условий) должен:

• иметь мощность не ниже 400 — 460 Вт,
• вентилятор диаметром 120 — 130 мм,
• «умную» схему, управляющую оборотами двигателя в зависимости от температуры,
• обладать достаточным весом.

Удачной модернизации! В следующей статье мы продолжим тему питания компьютера и познакомимся с тем, как устроен UPS (источник бесперебойного питания) компьютера.

Хотите прослушать звуковой подкаст этой статьи? Прослушайте и не пожалеете! Крепче запомнится…

С вами был Виктор Геронда.

Понравилась? Подпишитесь на обновления, чтобы не пропустить интересную статью!

P.S. Текст был озвучен Игорем Козловым — известным блоггером, диктором и музыкантом. Игорь ведет несколько блогов. Самый, пожалуй, известный из них — это «Блогопрактика», который лично мне очень нравится. Рекомендую!

Power Factor Correction

Значительно поднять КПД («бэпэшника») позволяет модуль PFC , что по-русски означает «коррекция фактора мощности». Модуль PFC — специальный элемент, предназначенный для коррекции коэффициента мощности и направленный на защиту сети. PFC условно делится на активный (Active) и пассивный (Passive).

Рекомендуем покупать блоки питания с PFC (они позволяют добиться высокого уровня КПД — до 95 %), причем активным (Active), ибо APFC , дополнительно выравнивает входное напряжение, что в свою очередь позволяет стабильно работать всем устройствам, выводящим аналоговый сигнал из компьютера.

Заметим, что модели с APFC немного дороже, чем их «пассивные собратья», но разница в эффективности, позже отразится в Ваших счетах за электроэнергию.

Корректор мощности

Во всех современных блоках питания есть корректор мощности, называемый APFC (активный корректор коэффициента мощности). Он существует для корректировки мощности в диапазоне от 100 до 250 В. Зачем корректировать мощность? Чтобы блок питания не нагружал электросеть. Кроме того APFC позволяет блоку быть устойчивее к помехам напряжения (что важно для домов с плохой сетью). Он также экономит электроэнергию, снимает нагрузку с проводки и позволяет получать стабильное напряжение на выходе.

Если вы уже искали блок питания то, возможно, могли заметить, что напротив некоторых товаров стоит красивая отметка 80 Plus. Она может быть серебряной, бронзовой, золотой и так далее. Что это такое?

80 Plus — это сертификат энергоэффективности. Он определяет отношение потребляемой мощности к выходной. Как это? Например, у вас есть блок питания мощностью 600 Вт. Обычный сертификат 80 Plus говорит нам о том, что БП будет работать с 80% эффективностью при нагрузке в 20%, 50% и 100%. То есть при максимальной нагрузке блок питания на 600 Вт будет выдавать 480 Вт.

Сертификат 80% означает, что БП в любом случае будет иметь 80% КПД. Далее зависит от типа сертификата: бронзовый, серебряный, золотой, платиновый, титановый.

реклама

И снова цифры наобум. Частота графического ядра 1650MHz? Да ладно. Любой нереференсный Turing работает не ниже 1960MHz без разгона, просто в режиме «из коробки». Поэтому докручиваем значения до рабочих.

Подсчет мощности для накопителей оставим «калькуляторный», так как есть примерный стандарт энергопотребления для SSD и HDD. Вентиляторы также считаются усредненно. Охлаждение процессора (СВО, например) можно выбрать по модели. В нашем случае будет NZXT X62.

Еще один момент в настройке — это время использования пк. Калькулятор считает, что 8 часов достаточно, дальше можете выключать. Что еще более возмутительно — калькулятор считает, что на данной сборке не поиграешь — No Gaming, No 3D Apps:

А теперь, смотрим, что же предложит нам калькулятор с нашими значениями:

Сравним с тем, что вы купите по рекомендациям калькулятора без тонкой настройки:

Согласитесь, разница в 200 ватт энергопотребления вряд ли окажется у вас в запасе. И это при полностью стандартном режиме работы компьютера, без разгона, просто собрал и пользуйся. Таким образом, для данной сборки необходимо как минимум 850 ватт хотя бы «бронзы» от хорошего производителя (вы же не забыли про флешки, внешние HDD, WiFi адаптеры, наушники, джойстики, принтеры, коврики с подсветкой и т.д?)

Вывод — считайте ватты внимательно и с расстановкой, чтобы потом не:

Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен или telegram-канал @overclockers_news — это удобные способы следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.