Блок питания компьютера что это
Блок питания компьютера что это
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.
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.
Как выбрать блок питания для компьютера
Это несколько преувеличено. Сейчас не 2000-е годы, и откровенно некачественных и опасных для эксплуатации блоков в продаже, как в те времена, почти нет. Вариант со сгоревшими от БП комплектующими очень маловероятен. Даже в простеньких стоят различные защиты, реализовать их с развитием схемотехники стало гораздо проще и дешевле. При нехватке мощности компьютер при нагрузке будет просто отключаться.
В данном гайде не будет конкретных рекомендаций, какой блок купить. Рынок очень изменчив, и подобные советы пришлось бы переписывать каждый месяц. Попытаемся определиться с терминологией и разобраться, что же вообще бывает внутри этих железных коробочек с хвостами и как выбрать себе надежный БП.
Основные параметры блоков питания
Форм-фактор
Этот параметр нужно также учитывать при покупке. Производители корпусов обычно пишут, какой максимальной длины БП можно установить в их корпус.
Мощность
Разъемы
Основной 24-контактный разъем.
Наличествует во всех блоках. Чаще всего представлен в виде разделяющегося на 20-контактный и дополнительные 4 контакта. Это было сделано для совместимости со старыми платами с 20-контактным разъемом. Правда, это платы очень древние, и сейчас таких немного, поэтому постепенно производители блоков переходят к цельному разъему в 24 контакта.
Разъем питания процессора
Бывает 4-контактным и 8-контактным (который часто разделяется на два разъема по 4 контакта).
Изначально питание процессора на платах обеспечивалось с помощью 4-контактного разъема, но с ростом энергопотребления процессоров, выросли токи, поэтому применили 8-контактный разъем. На бюджетных платах иногда до сих пор ставят 4-контактный.
Разъемы для питания видеокарты
8-контактный чаще всего представлен в виде разбирающегося разъема 6+2 контакта.
SATA
15-контактный разъем для питания HDD, SSD и прочего.
Molex
4-контактный разъем. Ранее применялся для питания HDD, приводов оптических дисков и прочего. В современном компьютере используется достаточно редко, в основном для питания вентиляторов, реобасов и т. д.
Floppy
Предназначался для питания накопителей на гибких магнитных дисках. Сейчас используется очень редко, поэтому частенько представлен в виде переходника Molex-Floppy.
Кабели
Бывают блоки с отстегивающимися кабелями (модульная конструкция) или жестко закрепленными.
Отстегивающиеся кабели удобны тем, что неиспользуемые можно убрать, чтобы они не захламляли внутреннее пространство корпуса и не мешали охлаждению. Полностью модульные БП удобны еще при снятии блока для чистки, например.
Не нужно для этого вытаскивать проведенные под поддоном корпуса кабели.
К минусам модульной системы относят вероятность плохого контакта в разъемах. Пайка действительно в данном случае надежнее. Впрочем, какого-то массового выгорания контактов у модульных БП так до сих пор и не случилось, хотя единичные случаи есть.
Система охлаждения
1) Активная. Во время работы блока вентилятор вращается постоянно.
2) Полупассивная. При низких нагрузках вентилятор не работает.
3) Пассивная. Вентилятора нет.
Блоки питания с пассивным охлаждением редки и очень дороги. Наиболее оптимальны блоки с полупассивным охлаждением. Во-первых, это положительно сказывается на ресурсе вентилятора. Во-вторых, даже в корпусе с противопылевыми фильтрами пыль есть, а при работе вентилятор засасывает ее внутрь блока, где она оседает на радиаторах и деталях, ухудшая охлаждение.
Вентиляторы в основном встречаются типоразмера 120 или 140 мм. Маленькие, размером 80 мм, которые встраивались в переднюю или заднюю стенку, ушли в прошлое, сейчас встретить такой блок в продаже трудно.
Также в вентиляторы в последнее время стали встраивать подсветку.
Корректор мощности
Для компенсации реактивной мощности в БП существуют две схемы: активная (APFC) и пассивная.
Пассивная это банальный дроссель огромных размеров. Таким образом часто дорабатывались БП, в которых корректор изначально не был предусмотрен.
Активная более сложна в реализации, но более эффективна. Во всех современных блоках используется только APFC.
С другой стороны, блоки с APFC могут конфликтовать с UPS. Поэтому к подбору источника бесперебойного питания надо подходить с особой тщательностью.
Сертификат 80 Plus
Данный сертификат характеризует энергоэффективность блоков питания или его КПД (отношение полезной энергии к общему количеству потраченной).
Далее в порядке возрастания идут Bronze, Silver, Gold, Platinum, Titanium.
Список сертифицированных блоков можно найти тут.
Сертификация блока процедура недешевая, поэтому для бюджетных моделей частенько ей пренебрегают. Иногда даже придумывают собственные значки, внешне похожие на официальные.
Отсутствие какого-либо сертификата говорит либо о низком КПД (то есть, безнадежно устаревшей схемотехнике блока), либо о бережливости производителя. Вы четко должны понимать, что в таком случае покупаете продукт на котором жестко экономили, и ладно, если только на сертификации.
Поэтому, лучше обращать внимание на БП, имеющие хотя бы бронзовый сертификат.
Итак, как выбрать БП?
Первый шаг
Определиться с мощностью.
Сделать это можно несколькими путями:
1) Посчитать мощность с помощью онлайн-калькуляторов (раз, два). Они почти не врут, разве что имеют тенденцию к незначительному ее завышению, что некритично.
2) Посчитать мощность самому, сложив заявленные производителем характеристики комплектующих. Не самый верный путь, ибо производители вместо реальной потребляемой мощности часто указывают TDP (требования по теплоотводу), а они могут сильно отличаться от реальности.
Брать БП с избыточной мощностью незачем. Это просто лишняя трата денег.
Второй шаг
Определиться с количеством разъемов и необходимой длиной кабелей.
Третий шаг.
Определиться с количеством денег, которые вы готовы потратить на покупку данного устройства.
Допустим, у нас уже есть блок питания, мощностью 500-600 Вт, с наличием любого сертификата, начиная от 80 Plus Bronze (как сказано выше, лучше выбирать из блоков с наличием сертификата 80 Plus).
Рассмотрите дополнительные параметры, такие как подсветка (бывает одноцветной, или многоцветной с различными эффектами), система охлаждения (активная, полупассивная, пассивная).
Обращайте внимание на срок гарантийного обслуживания. Гарантия в 7-12 лет чаще всего дается для очень качественно сделанных БП.
Вы уже имеете ценовую вилку для ориентировки, и нам осталось только поставить ограничение в ценах и выбрать из оставшихся одного единственного.
Напоследок ответы на частые вопросы пользователей при выборе БП.
Как поменять вентилятор в БП?
Что делать, если БП свистит?
Существует такое явление, как магнитострикция. Суть его в том, что при изменении магнитного поля размеры тела тоже изменяются. В электронике этому наиболее подвержены дроссели и трансформаторы. При протекании тока сердечник в таких конструкциях вибрирует с частотой, кратной частоте тока, и издает звуки. Обычно преобразователи в БП специально рассчитывают на частоты выше верхнего диапазона слышимости. Но частенько бывает, что из-за некачественных деталей или брака при сборке такой свист появляется.
Солидные производители при подтверждении данной проблемы в СЦ обычно меняют такие блоки по гарантии. Хотя, чаще всего такой блок может без проблем работать со свистом несколько лет без всякого ущерба для комплектующих. Добиться его замены от малоизвестного производителя может быть затруднительно, ибо подобный шум никак не регламентируется, а выходные параметры напряжений у блока, как сказано выше, могут быть в рамках стандарта.
Что такое АТХ 12V, EPS 12V и прочие стандарты?
С ростом мощности процессоров понадобилось усилить их линию питания, поэтому многие материнские платы получили 8-контактный разъем питания из серверного стандарта EPS 12V. Следовательно, поддержка EPS 12V означает лишь наличие 8-контактного разъема питания процессора.
Нужно ли гнаться за последней версией стандарта?
Нет. Изменения в стандартах в последние несколько лет незначительны и никак на потребительских свойствах не сказываются.
Имеет ли смысл покупать блоки питания от фирмы, которая сама производит и разрабатывает их?
Есть несколько производителей блоков, самые известные из них: CWT, Seasonic, НЕС, Enermax, FSP, InWin, Delta Electronics. На самом деле, неплохих производителей гораздо больше.
Так стоит ли гнаться за блоками именно этих производителей и под родной маркировкой? Нет.:
1) БП с другой наклейкой на корпусе может стоить существенно меньше при том же качестве.
2) Некоторые фирмы выпускают измененные (и часто в лучшую сторону) модели ОЕМ-производителей.
Надо ли обращать внимание на наличие защит в БП?
На их заявленное производителем наличие обращать внимание не стоит.
Чаще всего реализована с помощью датчика, который установлен в одном, самом удобном с точки проектировщика, месте.
Но дело в том, что конструкция блока питания предполагает множество греющихся элементов, которые рассредоточены по всей плате. Таким образом, при локальном перегреве в точке, где нет датчика, блок сгорит.
Обычный пользователь думает, что если выходные напряжения выйдут за пределы стандарта, то блок питания выключится, защищая подключенное оборудование. В реальности чаще всего за это отвечает микросхема супервизора (английское слово supervisor правильнее произносить как супервайзер, но у нас прижилось упрощенное произношение в отношении подобных микросхем).
Это, скорее, защита самого БП при возникновении неисправностей от его полного выхода из строя, а никак не защита ваших комплектующих от повышенного напряжения. Аналогично с пониженным.
Несмотря на наличие кучи надписей на коробке о защитах, есть ли они реально и насколько грамотно реализованы, никто вам не скажет.
У какой фирмы самые лучшие блоки питания?
Нет такой фирмы. У каждой есть как удачные модели, так и неудачные, так что ориентироваться на конкретного производителя не стоит.
Текст обновлен автором Sancheas