Блок питания для компьютера для чего он нужен
Чем дорогой блок питания для ПК отличается от дешевого
Содержание
Содержание
Блок питания компьютера многими пользователями покупается «на сдачу», ведь он не влияет на производительность ПК. При этом внимание обращается только на мощность, указанную в характеристиках, и низкую стоимость. Но дешевые и дорогие блоки питания очень сильно различаются по ряду параметров.
Выбор блока питания осложняется тем, что на рынке присутствуют десятки моделей с одинаковыми, на первый взгляд, характеристиками, но совершенно разной ценой. Если открыть каталог блоков питания, то в первую очередь мы увидим их мощность, набор разъемов и цену. Но больше всего интересующие пользователей характеристики — надежность, реальный срок службы, стабильность напряжений и уровень шума — узнать из описания довольно трудно.
По этой причине начинающий пользователь часто совершает ошибку, решая сэкономить, и покупает для производительного компьютера дешевый блок питания. А ведь качественный блок питания — это залог стабильной и надежной работы компьютера и экономить на нем не стоит, а что можно получить, выбрав более дорогую модель, вы узнаете из нашего блога.
Заявленная и реальная мощность
Мощность блока питания обычно заявляется как сумма мощностей всех питающих линий. Здесь можно увидеть первое различие между дешевыми и дорогими моделями. Если посмотреть на характеристики недорогого блока питания, указанные на его наклейке, мы увидим, что модель на 450 ватт может отдать 120 ватт по линиям 3.3 и 5 В, которые практически не нагружены в современных ПК, а по самой важной линии 12 В — всего 360 ватт.
То есть недорогой блок питания не сможет обеспечить ту мощность, которая указана в его названии. У качественных изделий практически вся мощность доступна по линии 12 В, поэтому у дорогого блока питания даже небольшой мощности будет лучше дешевого с более крутыми написанными характеристиками.
Но главная проблема дешевых блоков питания — они как правило не выдают заявленную мощность. Если посмотреть тесты недорогих моделей с максимальной нагрузкой, можно увидеть, что они перегреваются, имеют высокие просадки напряжения, уходят в защиту или попросту сгорают. Бюджетная элементная база не обеспечит отдачу всей мощности длительное время, но она и не рассчитана на питание мощных компьютеров. Их предназначение — офисные ПК или игровые машины начального уровня.
Дорогие качественные БП не только могут длительное время выдерживать максимальную нагрузку, указанную в их характеристиках, но даже способны работать с ее превышением. Имеют они и более широкий набор защит, чем в дешевых устройствах: OCP и OPP от перегрузки, OVP и UVP от повышенного и пониженного напряжения, SCP от короткого замыкания и OTP от перегрева. Очень важно не только наличие защит, но и качество их реализации, которому в дорогих устройствах уделяют гораздо больше внимания.
КПД и сертификация 80 PLUS
Особенно заметна разница между дешевыми и дорогими блоками питания, если сравнить их коэффициент полезного действия. КПД недорогих моделей может достигать всего лишь 75 % в различных режимах работы, то есть 25 % мощности, полученной из розетки, переходит в бесполезное тепло, нагревая внутренности устройства. Более дорогие модели имеют сертификаты эффективности от 80 PLUS, требующего не менее 80 % энергоэффективности при загрузке блока питания на 50 %, и до 80 PLUS Titanium, требующего 94–95 % энергоэффективности в зависимости от питающего напряжения сети.
Блоки питания, сертифицированные по программе 80 PLUS, могут работать в широком диапазоне напряжений сети — от 100 до 240 В, что обеспечивает стабильную работу ПК и будет полезно при скачущем напряжении в сети. Некоторое время назад часть моделей стала сертифицироваться по стандарту 80 PLUS 230V EU Internal только для напряжения сети в 230 В, имеющего более жесткие требования к энергоэффективности, стартующие с 85 %.
Высокого КПД блока питания, соответствующего стандартам 80 PLUS Gold и выше, можно достичь только c помощью электронных компонентов высокого качества и современных схемотехнических решений, поэтому наличие таких стандартов указывает на качество изготовления устройства. И если экономия электроэнергии даже при использовании БП в мощном игровом компьютере не очень впечатляет, то возможность получить качественное устройство с малым нагревом однозначно стоит доплаты.
Надежность и длительный срок гарантии
В дорогих моделях используются качественные конденсаторы, способные проработать в условиях высоких температур гораздо дольше, чем конденсаторы малоизвестных китайских фирм, которых хватает в лучшем случае на два-три года. Конденсаторы среднего уровня качества производятся компаниями Teapo, Jamicon, OST, Samwha, Samxon, ELNA, Vishay, CapXon, Hitachi, Hitano. В топовых блоках питания, на которые производители дают гарантию в пять, семь или даже 10 лет, можно встретить конденсаторы United Chemi-Con, Sanyo, Nippon Chemi-Con, Panasonic, Rubycon, Nichicon, Epcos, Fujitsu.
Но иногда производители хитрят: встретив надпись «японские конденсаторы», можно обнаружить внутри устройства только пару подобных высоковольтных компонентов. А вот длительный срок гарантии — гораздо более весомый аргумент в поддержку, что производитель использовал самые надежные конденсаторы в блоке питания и уверен в их комфортном температурном режиме работы. Для этого дополнительно применяются схемотехнические решения, позволяющие частично использовать в БП гораздо более надежные твердотельные конденсаторы.
Уровень шума, нагрев, полупассивный и пассивный режимы работы
Влияет на срок службы блока питания и качество применяемого для охлаждения вентилятора. В бюджетных моделях повсеместно используются вентиляторы на подшипниках скольжения, которые, проработав три-четыре года, изнашиваются и начинают шуметь. В дорогих моделях используются качественные долговечные вентиляторы на гидродинамических подшипниках и подшипниках качения.
В блоках питания с высоким КПД и эффективными радиаторами появляется возможность использовать гораздо более низкие обороты вентилятора, что значительно снижает уровень шума.
Благотворно на температурах блока питания сказывается использование качественных транзисторов с низким RDS(on) (Drain to Source On Resistance — сопротивлением перехода сток-исток в открытом состоянии). Эти транзисторы обладают улучшенными характеристиками и низким сопротивлением при переключении состояний, что позволяет повысить КПД устройства и использовать небольшие радиаторы благодаря сниженному нагреву.
Популярным в современных дорогих моделях стал полупассивный режим охлаждения, при котором вентилятор совсем не вращается до достижения определенной температуры или нагрузки. Это позволяет создать компьютер с нулевым уровнем шума при небольшой нагрузке.
Полупассивный режим охлаждения предъявляет еще более серьезные требования к качеству компонентов и схемотехники блока питания, но самые жесткие требования у полностью пассивного режима, который доступен только в самых дорогих и качественных моделях.
Высокая стабильность напряжений и низкий уровень пульсаций на максимальной мощности
Стандарт ATX допускает 5 % отклонения основных питающих напряжений блока питания, что для напряжения 12 В составляет довольно широкий диапазон от 11.4 до 12.6 В. Но для бюджетных блоков питания удержать напряжения в этих пределах становится очень трудной задачей уже при загрузке на 80 %. Даже недорогие устройства именитых фирм мощностью 550 ватт часто не могут обеспечить стабильные напряжения при загрузке всего на 400–450 ватт.
Неприятно, что в блоках питания с устаревшей схемотехникой и групповой стабилизацией напряжений, при просадке одного из напряжений, растут и остальные, зачастую выходя за стандарты ATX и рискуя повредить комплектующие. В дорогих моделях используется индивидуальная стабилизация линий напряжений с применением DC-DC-преобразователей и даже при максимальной нагрузке они держатся в пределах нормы.
Все компьютерные блоки питания — импульсные, из-за чего в выходных напряжениях неизбежно появляются пульсации. Они хорошо видны, если подключить разъемы устройства к осциллографу. Стандарт, определяемый документом ATX12V Power Supply Design Guide, требует, чтобы размах пульсаций выходных напряжений при максимальной нагрузке не превышал 50 мВ для шин +5 В и +3,3 В и 120 мВ для шины +12 В. Высокие пульсации негативно влияют на стабильность работы компьютера, дают наводки на звуковые карты, вызывают сбои при работе жестких дисков, чувствительных к качественному питанию.
Многие бюджетные устройства с трудом укладываются в нормы пульсаций даже будучи новыми, а спустя пару лет, когда начинается деградация недорогих конденсаторов, пульсации могут резко возрастать, особенно при высокой загрузке.
В дорогих моделях борьбе с пульсациями уделяется гораздо больше внимания и, как правило, они не выходят за пределы нормы даже на предельных нагрузках. А использование качественных конденсаторов гарантирует, что они останутся в норме даже спустя несколько лет работы.
Набор кабелей и разъемов, модульность, длина и сечение проводов
Заметная разница в кабельных системах дорогих и дешевых БП. Если в бюджетных моделях используются короткие провода без оплетки с минимумом необходимых разъемов, то дорогие могут похвастаться длинными, удобными для прокладывания за задней стенкой корпуса ПК проводами, которые покрыты оплеткой или выполнены в виде плоских шлейфов. Такие провода не портят внешний вид сборки и позволяют создать красивый игровой компьютер.
Многие дорогие блоки питания — модульные. Вы можете легко отстегнуть от них ненужные провода. Это заметно упрощает сборку ПК и положительно влияет на его эстетику. Покупая дорогой блок питания, вы не столкнетесь с проблемой, когда не хватит разъемов для подключения видеокарт, питания процессора или накопителей. Даже на моделях мощностью 550 ватт разъемов хватает для создания мощного ПК с производительной видеокартой и разогнанным процессором.
Важным параметром является сечение токонесущей жилы проводов, имеющее маркировку AWG. В бюджетных моделях часто используются тонкие провода 20 AWG, которые могут сильно нагреваться, питая прожорливые комплектующие. В дорогих блоках питания производители подстраховываются и используют провода сечением 18 AWG, а для питания видеокарт и процессоров в мощных моделях — 16 AWG.
Качество изготовления разъемов тоже важно, ведь стоит им разболтаться, давая неполный контакт, и в вашем ПК может возникнуть риск оплавления проводов, искрения и даже пожара. Так что важна не только толщина металла в разъемах, на которой не экономят в дорогих моделях, но и долговечность пластика, из которого изготовлены их корпуса.
Дополнительные функции: подсветка, управление и мониторинг
Современный игровой ПК невозможно представить без подсветки комплектующих, поэтому она применяется и в блоках питания. RGB-подсветка позволит органично вписать блок питания в вашу систему, подобрав нужный цвет. Над дорогими моделями работают дизайнеры, которым удается сделать из обычной металлической коробки красивое устройство, способное украсить любую сборку.
В продвинутых блоках питания давно используются микросхемы, отслеживающие параметры входных и выходных напряжений, температуры, энергопотребления и оборотов вентилятора. А на некоторых моделях разработчики предусмотрели вывод этих параметров по USB-интерфейсу и их считывание специальной программой, позволяющей следить за всеми параметрами блока питания.
Очень полезна данная функция оказалась для компьютерных энтузиастов, делающих обзоры комплектующих. С ее помощью можно точно вычислить, сколько потребляет процессор или видеокарта, отказавшись от примитивных ваттметров. На особо продвинутых моделях появились ЖК-дисплеи, отображающие информацию о работе устройства. Некоторые модели позволяют через программный интерфейс настраивать режим работы вентилятора, единой или разделенной шины питания с настройкой срабатывания защиты от перегрузки по току OCP.
Как видите, различия между дорогими и дешевыми блоками питания не ограничиваются только мощностью, надежностью и стабильностью напряжений. Различается их эстетика, удобство пользования, шумовые характеристики, долговечность и срок гарантии. Конечно, у дешевых блоков питания есть своя ниша использования: собирая недорогую офисную «печатную машинку» со скромным энергопотреблением, стоит присмотреться именно к ним. Но собирая игровой ПК и рассчитывая, что он прослужит вам несколько лет, на блоке питания экономить точно не стоит.
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.