Блок питания для компьютера что такое
Что такое блок питания компьютера
Из статьи вы узнаете, что такое трансформаторные и импульсные блок питания, их устройство и принцип работы, в чем их отличие, какие устанавливаются на ПК, преимущества и недостатки.
Даем определение
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.
Виды блоков питания и их различия
Существуют трансформаторные и импульсные блоки питания.
Рассмотрим их отличия, преимущества и недостатки.
Простой классический вид блока питания в современных ПК практически не используется, схема устройства с двухполероудным выпрямителем представлена ниже.
Основными элементами устройства являются:
Один из трансформаторных блоков представлен ниже.
Трансформатор через первичную обмотку принимает на себя из сети входящее напряжение.
Выпрямитель выполняет задачу преобразования переменного тока в постоянный однонаправленный.
Как правило, используются два типа выпрямителей:
В обоих типах устройств используются диодные мосты состоящие:
Использование других элементов в выпрямителе свойственно для блоков питания с удвоенным напряжением или трехфазных устройствах.
Сетевой фильтр представляет из себя обычный конденсатор обладающий большой емкостью. С помощью него сглаживаются пульсации тока.
Вместо обычных трансформаторов могут быть установлены автоматические устройства.
Чтобы понять, как работают блоки питания, необходимо обладать базовыми знаниями законов электротехники.
Габариты БП прямо пропорционально зависят от габаритов трансформаторов.
Размеры последних рассчитываются по специальной формуле.
Чем больше сечение магнитопровода S и количество витков N, тем больше будет трансформатор (его вес и габариты), это логично.
Но если площадь сечения провода уменьшить, то необходимо будет увеличить и количество витков N, которые могут не поместиться на трансформаторах небольших размеров.
При этом большое количество витков увеличит показатели активного сопротивления обмотки.
Если трансформатор маломощный, то большое количество витков с малым сечением никак не повлияет на работу такого БП, так как сила тока в таких устройствах мала.
Но если на таком трансформаторе увеличить мощность, соответственно увеличиться и сила тока, но так как сопротивление обмотки высокое, это приведет к большому рассеиванию тепловой мощности.
Отсюда можно сделать вывод что блоки питания, сконструированные для компьютеров на основе классических трансформаторах и работающие на частоте 50Гц могут иметь только большие размеры и вес.
Преимущества трансформаторных блоков питания:
Устройство и работа импульсного блока питания
В импульсные блоки питания внедрены другие конструкторские решения, благодаря которым увеличивается частота тока f.
Ниже представлена простая схем одноконтактного БП импульсного типа.
Такой тип устройств является инверторной системой.
Принцип работы БП импульсного типа следующий:
Основное отличие импульсных БП от классических:
Отрицательная обратная связь внедряется в устройства по-разному и зависит это от наличия в конструкции БП гальванической развязки.
Если такая развязка присутствует, то применяется способ оптрона, в другом случае используются в качестве связи одна из выходных обмоток трансформатора и резисторный делитель напряжения.
Сигнал обратной связи (СОС) зависит от выходного напряжения, в свою очередь скважность на выходе ШИМ-контроллера зависит от СОС.
Плюсы импульсных блоков питания.
Надеемся мы помогли вам разобраться что такое блок питания компьютера и как он работает.
Как работает блок питания компьютера
Содержание
Содержание
Большинство рассказов про блоки питания начинается с подчеркивания их важнейшей и чуть ли не главенствующей роли в составе компьютера. Это не так. БП — просто один из компонентов системы, без которого она не будет работать. Он обеспечивает преобразование переменного напряжения из сети в необходимые для работы ПК стабилизированные напряжения. Все блоки можно разделить на импульсные и линейные. Современные компьютерные блоки выполнены по импульсной схеме.
Линейные блоки питания
Сетевое напряжение поступает на первичную обмотку трансформатора, а со вторичной мы снимаем уже пониженное до нужных пределов переменное напряжение. Далее оно выпрямляется, следом стоит фильтр (в данном случае нарисован обычный электролитический конденсатор) и схема стабилизации. Схема стабилизации необходима, так как напряжение на вторичной обмотке напрямую зависит от входного напряжения, а оно только по ГОСТу может меняться в пределах ±10 %, а в реальности — и больше.
Основные достоинства линейных блоков питания — простая конструкция и низкий уровень помех (поэтому аудиофилы часто используют их в усилителях). Недостаток таких БП — габариты и невысокий КПД. Собрать БП мощностью 400 и более Вт по такой схеме возможно, но он будет иметь устрашающие размеры, вес и стоимость (медь нынче дорогая).
Импульсные блоки питания
Далее в тексте сократим название «импульсный источник питания» до ИИП. Такие блоки питания более сложны, но гораздо более компактны. Для примера на фото ниже показана пара трансформаторов.
Слева — отечественный сетевой с номинальной мощностью 17 Вт, справа — выпаянный из компьютерного БП мощностью 450 Вт. Кстати, отечественный еще и весит раз в 5 больше.
В ИИП сетевое напряжение сначала выпрямляется и сглаживается фильтром, а потом опять преобразуется в переменное, но уже гораздо более высокой частоты (несколько десятков килогерц). А затем оно понижается трансформатором.
Так выглядит плата вживую:
Фильтр
Фильтр в блоке питания двунаправленный: он поглощает разного рода помехи: как созданные самим БП, так и приходящие из сети. В самых бюджетных БП предприимчивые китайцы вместо дросселей распаивали перемычки (или, как их называют ремонтники, «пофигисторы»), а конденсаторы не ставили вообще. Чем это плохо: помехи будут влиять на другую аппаратуру, подключенную к данной сети, а напряжение на выходе получится с «мусором». Сейчас таких блоков уже немного. Встречается также экономия на размерах: фильтр как бы есть, но работать он будет кое-как.
Фильтр работает эффективнее, когда он находится как можно ближе к источнику помех. Поэтому часть фильтра зачастую располагают прямо на сетевой розетке.
На картинке изображен фильтр в минимальной комплектации. F1 — предохранитель, VDR1 — варистор, N1 — термистор, Х2 — Х-конденсатор, Y1 — Y-конденсаторы, L1 — синфазный дроссель. Резистор R1 служит для разряда конденсатора Х2.
Еще одна опасная для жизни пользователей экономия — когда вместо специальных Х- и Y-конденсаторов ставят обычные. Впрочем, встречается она редко. Автор видел такое всего один раз и очень давно. Экономия очень незначительна, а риск для пользователей очень велик, так как, например, Y-конденсаторы подключаются одной «ногой» на фазу, а другой — на корпус. В случае пробоя конденсатора можно получить опасное для жизни напряжение на корпусе.
Корректор коэффициента мощности
Не будем вдаваться в подробности, поскольку статьи на эту тему уже были: раз и два. Скажем только, что корректор коэффициента мощности должен быть во всех компьютерных БП, желательно активного типа (A-PFC).
Плюсы корректора:
1) Снижается нагрузка на сеть.
2) Повышенный диапазон входного напряжения (чаще всего, но не всегда).
3) Улучшение работы инвертора.
Минусы:
1) Увеличивается сложность конструкции, соответственно, снижается надежность.
2) Возможны проблемы при работе с UPS.
Преобразователь
Обычно используется мостовая или полумостовая схема. Чаще всего встречается полумост. На картинке ниже он изображен в упрощенном виде.
Как видно по схеме, транзисторы открываются поочередно с небольшой задержкой, чтобы не случилось ситуации, когда оба окажутся открыты. В таком случае получаем на первичной обмотке переменный ток высокой частоты, а на вторичной — уже пониженный до нужной величины.
В топовых блоках применяются резонансные преобразователи (LLC), которые имеют более высокий КПД, но они технически сложнее.
Выпрямление и стабилизация выходных напряжений
По способу выпрямления и стабилизации блоки можно поделить на четыре группы:
1) Выпрямление с помощью диодов Шоттки (полупроводниковый прибор, у которого при прямом включении падение напряжения будет в три-четыре раза меньше, чем у обычных кремниевых), групповая стабилизация.
Второй имеет меньший размер. Это отдельная стабилизация канала 3,3 В. Сейчас такие БП часто встречаются в основном в бюджетном сегменте. Например:
Вот, например, фото такого блока. Очень бюджетно:
2) Выпрямление с помощью диодов Шоттки, раздельная стабилизация на магнитных усилителях. Внешне их можно отличить по наличию в выходных цепях трех крупных дросселей. Данная схема в современных БП не используется: ее вытеснили более производительные решения. Пик такой схемотехники — начало 2000-х годов.
3) Выпрямление канала 12 В с помощью диодов Шоттки. Напряжения 5 В и 3,3 В получают из 12 В с помощью преобразователей DC-DC. Развитие электроники позволило производить недорогие и эффективные преобразователи такого рода. БП будет ненамного эффективнее обычных с групповой стабилизацией (так как нагрузка на низковольтные каналы небольшая), но стабильность напряжений выше.
4) Канал 12 В — синхронный выпрямитель на MOSFET (полевой транзистор с изолированным затвором), остальные напряжения получают при помощи преобразователей DC-DC.
Это наиболее эффективная и точная, но и более сложная схемотехника. В соответствии с ней делают все топовые блоки питания. Отклонения выходных напряжений у таких блоков укладываются в один-два процента при допустимых 5 %.
Дежурный источник питания
Представляет из себя маломощный ИИП с напряжением на выходе 5 В. Он работает все время, пока БП подключен к сети. Обеспечивает питание микросхем внутри блока и питание логики на материнской плате, а также подает питание на порты USB при выключенном компьютере.
Супервизор
Микросхема обеспечивает функционирование основных защит в блоке (превышения выходных напряжений, превышение выходного тока и прочее), управляет включением и выключением блока по сигналам с материнской платы.
Теперь вы представляете, как обстоит дело со схемотехникой в наши дни. А что нас ждет в будущем? В мае 2020 года компания Интел выпустила новый ATX12VO (12 V Only) Desktop Power Supply Disign Guide в котором описывает совершенно новые БП: у блока осталось только одно напряжение — 12 В. Нужные напряжения будет преобразовывать материнская плата. Дежурный источник питания с напряжения 5 В перейдет на 12 В. При этом размеры блоков АТХ остаются такими же. Это сделано для того, чтобы сохранить совместимость со старыми корпусами. Правда, пока производители не торопятся переходить на этот формфактор.
Блок питания для компьютера что такое
Основной принцип работы импульсных блоков питания заключается в выпрямлении сетевого напряжения с последующим преобразованием его в переменное высокочастотное напряжение прямоугольной формы, которое понижается трансформатором до нужных значений, выпрямляется и фильтруется. Таким образом, основную часть схемы любого компьютерного блока питания, можно разделить на несколько узлов, которые производят определённые электрические преобразования.
Основные узлы блока питания
Сетевой выпрямитель. Выпрямляет переменное нап ряжение электросети (110/230 вольт).
Высокочастотный преобразователь (Инве ртор). Преобразует постоянное напряжение, полученное от выпрямителя в высокочастотное напряжение прямоугольной формы. К высокочастотному преобразователю отнесём и силовой понижающий импульсный трансформатор. Он понижает высокочастотное перемен ное напряжение от преобразователя до напряжений, требуемых для питания электронных узлов компьютера.
Узел управления. Является «мозгом» блока питания. Отвечает за генерацию импульсов управления мощным инвертором, а также контролирует правильную работу блока питания (стабилизация выходных напряжений, защита от короткого замыкания на выходе и пр.).
Промежуточный каскад усиления. Служит для усиления сигналов от микросхемы ШИМ-контроллера и подачи их на мощные ключевые транзисторы инвертора (высокочастотного преобразователя).
Это основные части блока питания компьютера. Их можно найти в любом импульсном блоке питания, начиная от простейшего зарядника для сотового телефона и заканчивая мощными сварочными инверторами. Отличия заключаются лишь в элементной базе и схемотехнической реализации устройства.
Характеристики блока питания.
Основной характеристикой БП является его мощность. Она должна быть равна суммарной мощности, которую потребляют комплектующие ПК при максимальной вычислительной нагрузке, а при нормальном выборе, т.е при адекватном покупателе, хорошо, если она превышает этот показатель на 100 Вт и более. В противном случае компьютер может выключаться в моменты пиковой нагрузки, перезагружаться или, что гораздо хуже, блок питания сгорит, а если, сгорая, подаст (на материнку, винчестеры, DVD±RW) высокое напряжение, то в «мир иной» он отойдет не один, а обязательно в дружной кампании этих устройств (частая практика).
Высокая мощность, сама по себе не гарантирует качественной работы. Помимо нее, имеют значение и другие параметры, например – КПД. Этот показатель говорит о том, какая доля потребляемой блоком питания энергии из электрической сети достается комплектующим компьютера. Чем выше КПД, тем меньше греется блок питания (и нет необходимости усиленного охлаждения с помощью шумного вентилятора), т.е. более эффективно преобразует энергию из электрической розетки в заявленные ватты и, конечно, тем меньше расходует энергии впустую, на обогрев.
Power Factor Correction
Общая мощность блока питания складывается из мощностей, которые он может обеспечить на отдельных линиях питания. Если нагрузка на одну из них превысит допустимый предел, то система потеряет стабильность, даже если суммарная потребляемая мощность будет далека от номинала. Всего (как Вы уже знаете) существуют три линии 12В ; 5В и 3.3В ; чуть подробнее о них. 12-вольт подается, прежде всего, на мощные потребители электроэнергии – видеокарту и центральный процессор. Блок питания должен обеспечивать на этой линии как можно большую мощность. Для питания высокопроизводительных видеокарт используются две 12-вольтовые линии. Линии с напряжением 5В снабжают питанием материнскую плату, жесткие диски и оптические приводы ПК. Линии на 3.3В, идут только на материнскую плату и обеспечивают питанием оперативную память.Также стоит сказать, что нагрузка на линии в современных системах, как правило, неравномерна и здесь стоит учитывать, что «тяжелее» всех приходится 12-вольтовому каналу, особенно в конфигурациях с мощными видеокартами, однако про линии 5В/3.3В также забывать не стоит, их суммарный ток не должен превышать 30% от общего тока блока питания.
Это название объединяет способ подключения кабелей к блоку питания. Суть технологии в том, что к модулю подключаются только нужные кабели, идущие в комплекте поставки.
Например, блок обладает множеством кабелей, которые позволяют подключить, скажем, от 3 до 5 жестких ди сков, до 2 — 3 видеокарт и т.п. Но ведь обычно в компьютере установлено максимум три винчестера и одна видеокарта. В этом случае получается, что все эти неиспользуемые кабели просто висят в системном блоке и только мешают охлаждению, т.к. затрудняют циркуляцию воздуха. Технология модульного подключения кабелей позволяет, по мере необходимости, подключать только нужные в данный момент кабели, а ненужные оставлять «вне». У таких модулей несъемными являются только основные кабели, например, для питания системной платы, процессора и один кабель для дополнительного питания видеокарты.
Во время работы, компоненты блока питания сильно нагреваются и требуют усиленного охлаждения. Для этого используются вентиляторы (встроенные в его корпус) и радиаторы. Большинство используют один вентилятор размера 80 или 120 мм (которые работают довольно шумно), причем, чем выше мощность БП, тем более интенсивный поток воздуха требуется для того, чтобы его охладить. Для снижения уровня шума в качественных системах используются схемы контроля скорости вращения вентиляторов в соответствии с температурой внутри модуля блока.
Некоторые модели позволяют пользователю самому определять скорость вращения вентилятора с помощью регулятора на задней стенке, также есть модели, которые продолжают «прокачивать» воздух спустя некоторое время после выключения компьютера. Благодаря этому, компоненты компьютера быстрее остывают после работы.
Качественные блоки питания оснащаются различными системами для защиты от скачков напряжения, перегрузки, перегрева и короткого замыкания. Эти функции защищают не только блок питания, но и другие компоненты компьютера. Заметим, что наличие таких систем в блоке питания не исключает необходимости использования источников бесперебойного питания и сетевых фильтров.
Как правило, гарантия в N-ое количество часов работы – один из признаков качественного изделия. Да, такие модели стоят несколько дороже, но зато производитель определяет гарантированное время работы устройства. Оптимальным вариантом здесь является срок 3—5 лет. Информация об этом содержится в руководстве по эксплуатации, а так же продублирована на упаковке.
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.
Виды блоков питания и их различия.
Существуют два основных вида блоков питания: трансформаторные и импульсные. Ниже будут рассмотрены их устройства и различия, а также преимущества и недостатки.
Трансформаторный блок питания и его устройство.
Этот вид блока питания является классическим и, одновременно, простейшим. Ниже представлена его схема с двухполероудным выпрямителем:
Важнейшим элементом этого вида БП является понижающий трансформатор (вместо которого может быть использован автотрансформатор). Первичная обводка этого элемента как раз и рассчитана на входящее сетевое напряжение. Ещё одна важная деталь такого БП – это выпрямитель. Он выполняет функцию преобразования переменного напряжения в однонаправленное и пульсирующее постоянное. В подавляющем большинстве случаев используются однополупериодный выпрямитель или двухполупериодный. Первый состоит из одного диода, а последний из четырёх диодов, которые образуют диодный мост. В некоторых случаях могут использоваться и другие схемы этого элемента, например, в трёхфазных выпрямителях или выпрямителях с удвоенным напряжением. Последней важной деталью трансформаторного БП является фильтр, который сглаживает пульсации, создающиеся выпрямителем. Обычно эта деталь представлена конденсатором с большой ёмкостью.
Габариты трансформатора. Из базовых законов электротехники выводится следующая формула:
В этой формуле n – это число витков на 1 вольт, f – частота переменного тока, S – площадь сечения магнитопровода, B – индукция магнитного поля в магнитопроводе.
Формула описывает не мгновенное значение, а амплитуду B!
Практически величина индукции магнитного поля (B) ограничена гистерезисом в сердечнике. Это приводит к перегревам трансформатора и потерям на перемагничивании.
Если частота переменного тока(f) равна 50 Гц, то изменяемыми параметрами при конструировании трансформатора остаются только S и n. На практике используется такая эвристика: n (в значении от 55 до 70) / S в см^2
Увеличение площади сечения магнитопровода (S) приводит к повышению габаритов и веса трансформатора. Если же понижать значение S то этим повышается значение n, что в трансформаторах небольшого размера приводит к снижению сечения провода (в противном случае обмотка не поместится на сердечнике)
При увеличении значения n и уменьшения площади сечения происходит значительное увеличении активного сопротивления обмотки. В трансформаторах с малой мощностью на это можно не обращать внимания, поскольку ток, проходящий через обмотку, невелик. Однако, при повышении мощности ток, проходящий через обмотку, увеличивается, а это вместе с высоким сопротивлением обмотки приводит к рассеиванию значительной тепловой мощности.
Всё вышесказанное приводит к тому, что стандартной частоте 50 Гц трансформатор большой мощности (необходимой для питания компьютера) может быть сконструирован только как устройство, имеющее большой вес и габариты.
В современных БП идут по другому пути – увеличивания значения f, которое достигается использованием импульсных блоков питания. Такие БП намного легче и в значительной степени меньше по габаритам, чем трансформаторные. Также импульсные БП не столь требовательны к входному напряжению и частоте.
Преимущества трансформаторных БП
Недостатки трансформаторных БП
Импульсный БП и его устройство.
Ниже представлена схема одноконтактного импульсного БП (эта схема является простейшей):
Фактически блоки питания импульсного вида являются инверторной системой. В этом БП входящая в него электроэнергия сначала выпрямляется (т. е. образуется постоянный электрический ток), а после этого преобразуется в прямоугольные импульсы определённой частоты и скважности. После этого эти прямоугольные импульсы на трансформатор (в случае если конструкция БП включает в себя гальваническую развязку) или же сразу на выходной ФНЧ (в случае если отсутствует гальваническая развязка). Из-за того, что в импульсных БП с ростом частоты повышается эффективность работы трансформатора и в значительной степени снижается требование к сечению сердечника, в них могут применяться гораздо более малогабаритные трансформаторы чем в классических решениях.
В большинстве случаев сердечник трансформатора импульсного вида может быть выполнен из ферримагнитных материалов, в отличии от низкочастотных трансформаторах, в которых используется электротехническая сталь.
Стабилизация напряжения в импульсных блоках питания обеспечивается путём отрицательной обратной связи. Она позволяет поддерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне. Такая связь может быть сконструирована различными способами. В случае наличия в конструкции БП гальванической развязки чаще всего используют способ использования связи посредством одной из выходных обмоток трансформатора или же способ оптрона. Скважность на выходе ШИМ-контроллера зависит от сигнала обратной связи, который, в свою очередь, зависит от выходного напряжения. В том случае, если развязка в БП не предусмотрена, используется обычный резистивный делитель напряжения. Благодаря этому импульсные блоки питания могут поддерживать стабильное выходное напряжение.
Достоинства импульсных БП.
Недостатки импульсных БП