Главная тема уже озвучена в заголовке, поэтому перейдём сразу к делу. Итак, что нам понадобится? Во-первых, рабочая автомагнитола или автомобильный CD/MP3-ресивер. У меня на руках оказался автомобильный CD/MP3-ресивер Panasonic CQ-DFX883N.
Во-вторых, компьютерный блок питания формата AT или ATX. Сейчас полно компьютерного железа от старых ПК, в том числе и блоков питания.
Где его можно найти бесплатно или за минимальные деньги?
Вытащить из своего старого ПК, который пылится в чулане;
Купить за копейки на "барахолке" - такие 100% есть на любом радиорынке;
Починить и довести до ума неисправный компьютерный БП.
Для своей затеи я купил "бэушный" блок питания как раз на "барахолке".
Прежде чем подключать компьютерный БП к автомагнитоле - нужно его проверить и, если надо, довести до рабочего состояния. Об этом чуть позже, а пока о том, как подключить автомагнитолу к компьютерному БП.
Подключение автомагнитолы к компьютерному БП.
У компьютерного блока питания (БП) есть здоровый жгут с выходными разъёмами. Провода чёрного цвета - это минус или общий провод. По жёлтым подаётся напряжение +12V. Остальные провода нам будут не нужны - их использовать не будем. Так вот нам нужно от блока питания взять всего-навсего 12V. Для этого берём любой из разъёмов MOLEX или Floppy-разъём. Далее откусываем от него жёлтый провод (+12V) и чёрный провод - минусовой. Затем подключаем эти провода к питающим проводам автомагнитолы.
Стоит отметить, что выходной канал на +12V достаточно мощный и может "отдать" в нагрузку ток в 8-10 ампер (при мощности БП 200 - 300 Вт.), что, собственно, нам и нужно. Обычно, максимальный ток, потребляемый автомобильным CD/MP3-ресивером составляет 10-15 ампер. Но это максимум!
Кроме этого нужно провести лёгкую доработку, если у вас блок питания формата ATX. Об этом расскажу чуть позднее.
У автомагнитолы имеется 3 провода, к которым подключается питание (напряжение +12V) от штатной электросети автомобиля. Чёрный провод - это минус (по другому - общий провод, "земля", Ground ). Жёлтый провод - это +12V (маркируется как Battery ). Это основные провода для подключения питания к автомагнитоле.
Но даже если подключить эти провода к аккумулятору или БП, автомагнитолу мы не включим - она будет в дежурном ("спящем") режиме.
Поэтому ищем красный провод (маркируется ACC ) у автомагнитолы и скручиваем его вместе с жёлтым проводом +12V. Штатно красный провод подключается к замку зажигания авто.
Как только водитель замыкает ключом зажигания электрическую цепь, автомагнитола автоматически переходит из спящего режима в рабочий - включается подсветка дисплея автомагнитолы. При этом красный провод через замок зажигания закорачивается на плюс +12V. Мы же это делаем, принудительно соединяя жёлтый (+12V) и красный провод.
При этом автомагнитола будет включатся сразу же при подаче напряжения.
Отличие компьютерных блоков питания формата AT от ATX.
Компьютерные блоки формата AT не имеют дежурного блока питания +5 (Standby) и выходных напряжений 3,3V. Поэтому при включении такого блока на его выходах +12V, +5V, -12V, -5V напряжение появляется сразу.
У блоков питания формата ATX есть дежурный источник питания на +5VSB (Standby). Он работает всегда, пока блок питания подключен к сети 220V. Чтобы на выходных каналах появились напряжения +12V, -12V, +5V, -5V, +3,3V нужно на главном выходном разъёме замкнуть зелёный и чёрный провод.
Если вы хотите, чтобы выходные напряжения появлялись сразу после включения БП, то можно установить перемычку между зелёным (Power ON ) и чёрным проводом. При этом блок питания будет выходить из "спящего" режима сразу после подачи на него напряжения сети 220V.
Восстановление компьютерного блока питания.
Для начала пробуем включить блок питания. В большинстве случае бывшие в употреблении (б/у или "бэушные") блоки питания от ПК, как правило, рабочие, но имеют некоторые дефекты (отсутствие некоторых выходных напряжений, пониженное напряжение на одном из каналов +12, -12, +5, -5 вольт и т.п.). Даже если блок питания запустился - при этом начнёт крутить вентилятор - стоит вскрыть корпус блока питания, выгрести из него всю пыль, открутить печатную плату и осмотреть контакты на предмет непропая. Если нужно - исправить дефекты.
Перед проведением любых работ необходимо отключать блок питания от сети 220V. Также после этого не помешает принудительно разрядить высоковольтные электролитические конденсаторы входного выпрямителя (220-470 мкФ. * 250V). Сделать это можно подключив на несколько секунд резистор на 100-200 кОм параллельно контактам конденсатора. Естественно, держать пальцами резистор не стоит - иначе можно получить лёгкий удар током.
Эта операция необходима потому, что остаточный электрический заряд конденсаторов опасен (в рабочем режиме на них 200V!). При случайном касании выводов конденсаторов можно получить лёгкий электрический удар. Явление весьма неприятное.
Особое внимание стоит обратить на состояние электролитических конденсаторов выходных выпрямителей . Если они вздуты, имеют разрыв засечки, то их нужно заменить новыми.
Более подробно об устройстве компьютерных блоков питания формата AT рассказано .
Чтобы блок питания выглядел более солидно можно покрасить его аэрозольной краской-спреем (продаётся в любом магазине автозапчастей).
Современные форм-факторы: ATX и SFX
На следующих станицах мы более подробно остановимся на форм-факторах блоков питания, использующихся в современных ПК. ATX является, несомненно, наиболее распространённым из них, но если в вашей работе встречаются ПК различных типов, то, скорее всего, вы столкнётесь с другими типами БП, о которых мы здесь расскажем.
ATX/ATX12V
В 1995 году компания Intel обнаружила, что существующий дизайн блоков питания буквально на издыхании справлялся с возрастающей нагрузкой. Проблема заключалась в том, что в существовавшем стандарте использовалось два разъёма, имеющих в общей сложности всего 12 проводов, которые обеспечивали питание материнской платы, распаянных на ней контроллеров и процессора. Кроме того, вилки разъёма были оснащены непродуманными защёлками, неправильное подключение которых приводило к повреждению как материнской платы, так и блока питания . Чтобы решить данные проблемы, в 1995 году компания Intel взяла за основу популярный на тот момент форм-фактор LPX (PS/2) и просто доработала реализованные в нём цепи питания и разъёмы, сохранив при этом прежние габариты и физическую конструкцию блока питания. Таким образом, на свет появился стандарт ATX.
Intel представила спецификации ATX в 1995 году, а в 1996 данный форм-фактор начал набирать популярность среди настольных систем на базе процессоров Pentium и Pentium Pro, захватив в первый же год 18% рынка. С 1996 года варианты форм-факторов, созданные на базе ATX, стали доминировать как среди материнских плат, так и среди БП, заменив распространённые ранее стандарты Baby-AT/LPX. Блоки питания, соответствующие стандарту ATX12V, также используются для материнских плат более современного стандарта BTX, который задумывался как замена ATX, что является гарантией возможности использования блоков питания на основе стандарта ATX в ближайшие несколько лет. Спецификации ATX12V определяет физическую или механическую форму блока питания , а также конфигурацию разъёмов, которые используются для питания компонентов компьютера.
С 1995 по 2000 год форм-фактор ATX определялся как часть спецификации материнских плат стандарта ATX. Тем не менее, в феврале 2000 года, Intel взяла за основу спецификации актуальной на тот момент версии ATX 2.03 для материнской платы/корпуса компьютера и создала отдельную спецификацию форм-фактора блоков питания - ATX/ATX12 версии 1.0, одновременно добавив дополнительный 4-контактный разъём +12 В (блоки питания с таким разъёмом соответствуют спецификации ATX12В). Коннектор +12 В стал требованием для версии 1.3 стандарта ATX, представленной в апреле 2002, после чего остался только стандарт ATX12В. Стандарт ATX12В 2.0 (февраль 2003) лишился 6-контактного дополнительного разъёма, основной разъём стал 24-контактным, а наличие коннекторов питания Serial ATA стали обязательным требованием. Текущая на данный момент версия ATX12V 2.2 представлена в марте 2005 и содержит лишь мелкие усовершенствования относительно предыдущих версий, как то использование на вилках контактов Molex High Current System (HCS).
Так как спецификация БП стандарта ATX была усовершенствована, была изменена также ориентация охлаждающего вентилятора и дизайн БП. Первоначальные спецификации предполагают использование 80-мм вентилятора, закреплённого на внутренней стороне блока питания , откуда он может гнать воздух из задней части корпуса, направляя поток воздуха вдоль материнской платы. Иными словами, такой вентилятор работает в противоположную сторону, чем большинство использующихся ныне вентиляторов, которые отводят горячий воздух от комплектующих. Идея в том, чтобы перенаправить поток воздуха внутри корпуса таким образом, чтобы можно было обойтись всего одним вентилятором на БП, отказавшись от обязательного использования активного охлаждения радиатора CPU.
Схема блока питания стандарта ATX12В 2.x с основным 24-контактным кабелем питания, 4-контактным дополнительным разъёмом +12В, а также дополнительными разъёмами питания видеокарт, подключённых к шине PCI Express
В системе ATX с обратным потоком охлаждения воздух нагнетается в корпус и единственным местом проникновения пыли в систему является воздушный фильтр, расположенный перед вентилятором. Для компьютеров, которые работают в условиях не слишком чистого помещения (например, в магазинах) такой способ охлаждения позволяет сохранить в относительной чистоте внутренности корпуса.
Хотя такой способ охлаждения представляется весьма удобным в плане бытового использования ПК, необходимо отметить, что он предполагает использование более мощного вентилятора, который должен эффективно работать вместе с установленным фильтром и, при этом, нагнетать избыточное давление воздуха внутрь корпуса. Кроме того, при использовании фильтра, его необходимо периодически обслуживать, то есть очищать от пыли и загрязнений по несколько раз в неделю. Необходимо отметить и то, что от блока питания на кулер процессора поступает уже тёплый воздух, что снижает общую эффективность охлаждения.
Процессоры эволюционировали, стали производительнее и в результате начали греться больше, чем предшественники. В результате, потребовалась более эффективная система охлаждения и вариант с избыточным давлением внутри корпуса перестал соответствовать поставленной задаче. Именно поэтому последующие версии спецификации ATX были переписаны, допуская использование как системы охлаждения с положительным давлением внутри корпуса, так и вариант с негативным давлением. Но подчёркивалось, что именно второй вариант, предполагающий создание отрицательного давление за счёт вентилятора блока питания , работающего на выдув, и мощного вентилятора непосредственно над процессором, представляет собой наилучшее решение.
Поскольку стандартная система охлаждения с отрицательным давлением внутри корпуса обеспечивает наиболее эффективный при заданной мощности вентиляторов и силе воздушного потока, на практике все современные модели БП, выполненные в форм-факторе на основе ATX, используют именно такой подход к охлаждению. Большинство из них оснащено 80-мм вентилятором, который закреплён на задней стенке и работает на выдув. Но в некоторых моделях вентилятор диаметром от 80 до 140 мм закреплён на верхней или нижней поверхности блока питания внутри корпуса, прогоняя воздух через БП к выходным отверстиям на задней стенке. Но в любом случае идея заключается в том, чтобы забирать горячий воздух из корпуса и выбрасывать его через заднюю стенку БП.
Форм-фактор ATX решил несколько проблем, актуальных для предшествующих форм-факторов PC/XT, AT и LPX. Одна из них состояла в том, что платы стандартов PC/XT/AT были оснащены всего двумя разъёмами для кабелей питания. Если вы подключали кабели некорректно или путали их местами, как правило, сгорали и блок питания, и материнская плата! Большинство ответственных производителей пытались придумать специальный ключ, который позволял бы подключать данные кабели только в правильной последовательности. Тем не менее, большинство производителей, предлагавших дешёвые системы, не предусматривал такой защиты на блоках питания или платах. Форм-фактор ATX предполагает гнезда на материнской плате и разъемы блока питания по умолчанию спроектированные с наличием "защиты от дурака" - то есть их можно подключить только правильным образом. Кроме того, среди разъёмов появилось низковольтная линия ATX +3.3 В, что снижает необходимость в распайке дополнительных стабилизаторов напряжения непосредственно на плате для тех компонентов, которые используют это напряжение.
Новые разъёмы +3.3 В на блоках питания ATX имеют другой набор выходов, который обычно не заметен на стандартном БП. Набор включает выходы Power_On (PS_ON) и 5V_Standby (5VSB), о которых мы говорили чуть ранее и которые отвечают за режим Soft Power (программное управление питанием). Они обеспечивают работу таких функций, как Wake on Ring или Wake on LAN, то есть когда сигнал от модема или сети может использоваться для того, чтобы компьютер вышел из спящего режима или автоматически включился для выполнения запланированных задач. Эти сигналы также можно включить через специфические кнопки управления питанием, которые предусмотрены на большинстве современных клавиатур. В частности, опция включения с помощью кнопки на клавиатуре или по сети доступна, даже когда компьютер выключен, но подсоединён к источнику питания, так как линия 5V_Standby всегда находится под напряжением. Сами же функции расширенного управления питанием можно включить или отключить через BIOS.
SFX/SFX12V
Intel представила материнскую плату форм-фактора microATX в декабре 1997. В то же время был представлен и блок питания уменьшенного размера - Small Form Factor (SFX). Несмотря на это, большинство шасси microATX по-прежнему использовали стандартный блок питания ATX. Но затем в марте 1999 года Intel представила дополнение FlexATX к спецификации microATX для миниатюрных материнских плат, использующихся в бюджетных настольных системах, а также промышленных ПК.
С этого времени корпуса стандарта SFX стали использоваться во многих компактных настольных системах. В отличие от большинства спецификаций для блоков питания, где указаны физические габариты, стандарт SFX описывает пять различных физических форм для блоков питания, некоторые из которых нельзя заменить как отдельный модуль. Кроме того, произошли изменения в наборе разъёмов БП, так как спецификация претерпела изменения. Таким образом, при покупке блока питания стандарта SFX/SFX12V следует убедиться, что вы выбрали блок правильной разновидности, который физически поместится в корпус, а также имеет правильные разъёмы для подключения к материнской плате.
Количество и тип разъёмов менялись по ходу эволюции стандарта SFX. Оригинальная спецификация блока питания включает один 20-контактный разъём для материнской платы. Дополнительный 4-контактный коннектор +12 V для независимого питания CPU появился как опция в спецификации ревизии 2.0, представленной в мае 2001 года, и стал обязательным в ревизии 2.3 (апрель 2003), так что в итоге дальше развивалась только спецификация SFX12V. В SFX12V версии 3.0 основной коннектор питания трансформировался из 20-контактного в 24-контактный, а среди требований появились разъёмы Serial ATA. В данный момент актуальной считается версия 3.1, которая была представлена в марте 2005 и содержит незначительные отличия, в частности, использование в разъёмах контактов Molex High Current System (HCS).
SFX12V имеет несколько физических вариантов компоновки, один из которых называется PS3.
Стандартный блок питания
SFX/SFX12 оснащён 60-мм вентилятором, расположенным внутри блока питания, лицевой стороной к внутренностям компьютера. Вентилятор втягивает горячий воздух внутрь БП из корпуса и выводит его через заднюю панель. Расположение вентилятора в данном месте обусловлено соображениями снижения уровня шума и сохраняет стандартный тип системы охлаждения с нагнетанием отрицательного давления внутри корпуса. В системе также могут использоваться дополнительные вентиляторы для охлаждения процессора и корпуса, независимые от блока питания.
Стандартный блок питания форм-фактора SFX/SFX12V, оснащённый внутренним вентилятором 60 мм
Для компактных систем, нуждающихся в более интенсивном охлаждении, предлагается версия с вентилятором большего размера - диаметром 80 мм - закреплённым на верхней части БП. Такая система мощнее и эффективнее с точки зрения охлаждения и используется, если компьютер имеет производительную начинку, несмотря на свои габариты.
Стандартный блок питания форм-фактора SFX/SFX12V с более мощным 80-мм вентилятором, закреплённым на верхней панели
Другая версия стандарта SFX12V также использует "усиленный" 80-мм вентилятор на верхней панели, но корпус самого блока питания развернут, что приводит к увеличению занимаемого пространства по ширине и уменьшению по глубине, как показано на схеме, приведённой двумя абзацами ниже.
Низкопрофильная версия SFX12V разрабатывалась для корпусов толщиной всего 50 мм и оснащена вентилятором 40 мм, как показано на схеме, приведённой ниже.
Наконец, наиболее свежей реализацией SFX является так называемый форм-фактор PS3, который определяется в спецификации SFX12V в "Приложении E" (Appendix E). Хотя данный форм-фактор определяется как подвид спецификации SFX12V, в действительности он является уменьшенной версией ATX12V и, как правило, используется в корпусах для плат microATX и материнских плат, которые требуют более высокой мощности, чем могут обеспечить более компактные блоки питания
, представленные в вариациях стандарта SFX.
Блок питания в форм-факторе SFX/SFX12V, развёрнутый по ширине и оснащённый "усиленным" 80-мм вентилятором на верхней панели
Низкопрофильный блок питания в форм-факторе SFX/SFX12V, оснащённый 40-мм вентилятором
Блок питания в форм-факторе PS3 (разновидность SFX/SFX12V) с вентилятором диаметром 80 мм
Блоки питания SFX12V спроектированы специально для миниатюрных систем, которые содержат ограниченный набор комплектующих и ограничены в возможностях апгрейда. Большинство БП стандарта SFX сконструированы для обеспечения мощности от 80 до 300 Вт под постоянной нагрузкой и имеют четыре линии питания: +5 В, +12 В, -12 В и +3.3 В. Мощность такого блока питания является достаточной для компактной системы, оснащённой процессором, графической картой AGP либо PCI-E x16, до четырёх слотов карт расширения, а также трёх внутренних накопителей, таких как жёсткие диски и оптические приводы.
Хотя Intel создавала спецификацию блоков питания SFX12V, имея в виду материнские платы стандартов microATX и FlexATX, SFX представляет собой не зависящий от типа материнской платы форм-фактор блоков питания, который может столь же успешно применяться с другими материнскими платами. В частности, блок питания версии PS3 стандарта SFX12V может использоваться как полноценная замена БП ATX12V по той причине, что коннекторы для данных двух стандартов идентичны. Блок питания SFX использует точно такие же 20-жильные или 24-жильные разъёмы, что определены в спецификации стандарта ATX/ATX12V, и включают линии Power_On и 5V_Standby. Блок питания SFX12V включает дополнительный 4-контактный разъём +12 В для питания CPU, точно так же, как прописано с стандарте ATX12V. Использовать ли в той или иной системе блок питания ATX или SFX, в больше степени зависит от корпуса или шасси, чем от материнской платы. Каждый форм-фактор имеет те же самые разъёмы питания, а основная разница заключается в физической компоновке и габаритах.
|
|||
|
| |||
Но выход всё-же есть. Это обычный, стандартный ATX от любого, даже самого простого и древнего компьютера. Несмотря на дешевизну таких БП (бэушный можно найти по фирмам и за 5уе), они обеспечивают очень приличный ток и универсальные напряжения. По линии +12В - 10А, по линии -12В - 1А, по линии 5В - 12А и по линии 3,3В - 15А. Конечно указанные значения не точные, и могут несколько отличаться в зависимости от конкретной модели БП ATX.
Вот как раз недавно я и делал одну интересную вещь - музыкальный центр из и корпуса от небольшой колонки. Всё бы хорошо, да вот учитывая приличную мощность усилителя НЧ, ток потребления центра в пиках басов достигал 8А. И даже попытка установить на питание 100 ваттный трансформатор с 4-х амперными вторичками нормального результата не дал: мало того, что на басах напряжение проваливалось на 3-4 вольта (что было хорошо заметно по затуханию ламп подсветки передней панели магнитолы), так ещё и от фона 50Гц никак не удавалось избавиться. Хоть 20000 микрофарад ставь, хоть экранируй всё, что можно.
А тут как раз на счастье, сгорел старый системник на работе. Но блок питания ATX ещё рабочий. Вот и приткнём его для магнитолы. Хотя по паспорту автомагнитолы и ихние усилители питаются напряжением 12В, но мы то знаем, что гораздо мощнее она будет звучать если подать на неё 15-17В. По крайней мере за всю мою историю ещё ни один ресивер не сгорел от лишних 5-ти вольт.
Так как в имеющемся БП ATX напряжение 12-ти вольтовой шины было всего чуть больше 10В (может потому и не работал системник? Поздно.), будем поднимать его изменением управляющего напряжения на 2-м выводе TL494. Принципиальную схему компьютерного блока питания смотрите тут.
Проще говоря поменяем резистор или вообще впаяем его на дорожки другого номинала. Ставлю два килоома и вот 10,5В превращаются в 17. Надо меньше? - Увеличиваем сопротивление. Стартуется компьютерный блок питания замыканием зелёного провода на любой чёрный.
Так как места в корпусе будущего музыкального центра не много - вытаскиваем плату импульсного блока питания ATX из родного корпуса (коробочка пригодится для моего будущего проекта), и тем самым уменьшаем габариты БП в два раза. И не забываем перепаять конденсатор фильтра в БП на более высокое напряжение, а то мало ли что...
А кулер? - Спросит внимательный и сообразительный радиолюбитель. Он нам не нужен. Эксперименты показали, что при токе 5А 17В в течении часа работы магнитолы на максимальной громкости (за соседей не беспокойтесь - два резистора 4 Ома 25 ватт), радиатор диодов был немного тёплый, а транзисторов - почти холодный. Так что нагрузку до 100 ватт такой БП ATX будет держать без проблем.
Обсудить статью ПРОСТОЙ БЛОК ПИТАНИЯ ИЗ ATX
Эта работа была прислана на наш "бессрочный" конкурс статей и автор получил награду – кулер PENTAGRAM FREEZONE QVC-100 Cu+ , коврик от AMD и фирменную футболку сайта.
Чаще всего начинающие пользователи не уделяют достаточно внимания подбору качественных комплектующих, и при выборе корпуса их волнует разве что дизайн его передней панели. Даже если покупатель интересуется мощностью установленного в корпусе блока питания (далее БП), о низком качестве дешевых блоков питания (какие бы красивые циферки на них не были нарисованы) его никто не предупредит. В дальнейшем, при самостоятельном апгрейде заменяется процессор, видеокарта, докупается винчестер... а блок питания остается прежним, и при возникновении проблем со стабильностью машины про его существование вспоминают не сразу. Начинается поиск более мощного БП, но в статьях об БП и по околокомпьютерным конференциям (стараниями отдельных малограмотных и безответственных авторов, а также их читателей) гуляют много на удивление живучих мифов. Часть из них данный материал попытается разоблачить, а заодно показать на примерах отличия дешевого БП от качественного (не обязательно дорогого).
В сети можно найти достаточно много статей по теории компьютерных БП, их тестов и руководств по доработке. Данный материал - попытка дать некие обобщенные рекомендации по выбору БП без тестов, по характерным внешним признакам. Сама идея навеяна этой статьей.
Введение
Не секрет, что энергопотребление (и соответственно тепловыделение) компонентов ПК постоянно растет. TDP (максимальное расчетное тепловыделение) современных настольных платформ составляет в ближайшей перспективе 130Вт (LGA755) и 125Вт (Socket AM2) соответственно. Энергопотребление топовых видеокарт давно вышло за рамки допустимых токов как для разъема AGP (40Вт), так и для PCI Express (75Вт) и достигает 120Вт (такие видеокарты оснащаются разъемами дополнительного питания), а использование двух видеокарт в режиме SLI или CrossFire автоматически удваивает эти требования (списки БП, сертифицированных для SLI и CrossFire систем, смотрите в разделе ). Переход DDR->DDR2 (с уменьшением напряжения с 2.5-2.8В до 1.8-1.9В и опорных частот вдвое) потихоньку компенсируется ростом частот (и напряжений - в оверклокерских модулях).
В середине года и Intel (процессоры на основе новой архитектуры - Conroe), и AMD (процессоры для платформы AMD Live!) собираются представить линейки CPU с пониженным энергопотреблением. Но эти процессоры наверняка станут популярны среди оверклокеров, а эксплуатация комплектующих в нештатных условиях (разгон) делает требования к питанию системы еще более жесткими, что осложняет выбор качественного и относительно недорогого блока питания.
К цифрам энергопотребления различных комплектующих мы еще вернемся, а теперь перейдем к БП, который обеспечивает питанием все компоненты ПК.
Стандарт ATX12V. Разъемы БП
Основной разработчик форм-фактора ATX (и других) – компания Intel. На официальном сайте – formfactors.org – расположены документы, регламентирующие требования и рекомендации производителям корпусов, блоков питания и материнских плат. Требования и рекомендации к БП определяет документ ATX12V Power Supply Design Guide (PSDG) .
ATX12V был создан как дополнение к стандарту ATX и введен при переходе на архитектуру NetBurst (Pentium 4, который уже тогда потреблял заметно больше предшественника). Основное новшество по сравнению с ATX - для получения бо льших мощностей при меньших токах предусматривалось питание VRM (конвертера питания) процессора от +12В, а не от +5В. Совместимость БП с ATX12V определяется наличием 4-pin +12В разъема питания (разъема не должно быть, если максимальный ток по +12В менее 10А). Отклонения напряжений (в пределах соответствующей КНХ) не должны превышать 5% для положительных и 10% для отрицательных напряжений.
Допустимые отклонения напряжений (ATX12V 2.x)
| Максимальное потребление | +3.3В, ампер | +5В, ампер | +12В, ампер | +5В standby, ампер | -5В, ампер | -12В, ампер | Суммарная мощность по +3.3В и +5В (*), Ватт |
| Стандарт | |||||||
| ATX | 20 | 30 | 12 | 1.5 | 0.3 | 0.8 | 180 |
| ATX12V 1.1 | 28 | 30 | 15 | 2.0 | 0.3 | 0.8 | 180 |
| ATX12V 1.3 | 27 | 26 | 18 | 2.0 | - | 0.8 | |
| ATX12V 2.0 | 20 | 20 | 8+14 (**) | 2.0 | - | 0.3 | |
| ATX12V 2.2 | 18 | 12 | 8+13 | 2.5 | - | 0.3 |
- (*) наиболее распространенная схема формирования +3.3В не предполагает собственной обмотки на трансформаторе, +3.3В получается из +5В обмотки через вспомогательный стабилизатор (на насыщаемом дросселе).
- (**) В блоках питания стандарта ATX12V 2.x один внутренний источник +12В, но по требованиям безопасности он искусственно разделяется на два с раздельной защитой от перегрузки по току (защита необходима только для соответствия стандартам безопасности). При этом линия +12В1 соединяется с разъемами питания ATX и периферийных устройств, а +12В2 с 4-pin разъемом +12В .
Примерное представление (данные неточны) об энергопотреблении основных компонентов можно получить из следующей таблички (информация взята и тут):
| Компонент | Макс. энергопотребление (1 шт.), Вт | Основное потребление по линии: |
| Athlon 1400 / Athlon XP 3200+ | 72/80 | +5В или +12В (*) |
| Athlon 64 FX-55 / Athlon 64 X2 | 105/110 | +12В |
| Pentium 4 XE 3.73 / Pentium XE 3.2 | 110/130 | +12В |
| Модули памяти | 5-10 (512Мб PC3200 2.5-2.7В) (**) | +3.3В или +5В или +12В |
| Материнская плата | 20-30 | +3.3В, +5В, +12В |
| Видеокарты | 20-40 (бюджетные в/карты) | AGP в/карты: +3.3В, +5В, +12В PCI Express в/карты: +12В |
| 50-80 (в/карты среднего уровня) | ||
| 90-120 (топовые в/карты) | ||
| Карты расширения | 5-10 | +5В |
| HDD | 5-30 | +5В, +12В (***) |
| CD/DVD | 10-25 | +5В, +12В |
| FDD | 5-7 | +5В, +12В |
| Вентиляторы | 1-5 (****) | +12В |
- (*) AMD (и производители материнских плат) слишком поздно поддержали и ввели ATX12V, поэтому большинство MB Socket A питают VRM процессора от +5В контактов разъема ATX main power (что ведет к их обгоранию при больших токах). Исключение составляют некоторые топовые модели на чипсетах VIA KT600, KT880 и nVidia nForce 2, на которых есть +12B 4-pin разъем – именно такие модели рекомендуются к покупке. Поэтому для большинства систем на устаревающей платформе Socket A с топовыми или разогнанными процессорами (и уж тем более с видеокартами ATI серий 9700-9800, создающими основную нагрузку по шинам +3.3В и +5В) блоки с низкими токами (нагрузочной способностью) по этим шинам не подойдут. К таким БП относятся не только бюджетные, но и соответствующие ATX12V 2.2 блоки, а старые, но качественные вполне справятся. Например, в моей системе (Athlon XP 2.06GHz (Vсore 1.55), Epox 8RDA, Radeon 9800Pro, 3HDD, DVD-RW) трудится Enermax 300W ATX 99г.в. (+3.3В - 20А, +5В - 30А, +12В - 12А, без разъема ATX12V). Энергопотребление других процессоров смотрите здесь или ищите в разделе impl(ementation). Кстати, с некоторых пор AMD и Intel перестали публиковать тепловыделение для каждой модели процессоров, и публикуют данные для платформ (группы моделей). Примеры процессоров с низким тепловыделением приведены .
- (**) Данные по энергопотреблению памяти противоречивы. Любопытный документ AMD #26003, Builders Guide for Desktop/Tower Systems (rus) содержит примеры расчетов энергопотребления типовых систем. В нем 128Мб DDR модулю соответствует 10Вт (2А ток по +5В). В других документах, как по расчетам, так и по результатам измерений приводятся разные, но в разы меньшие цифры (ссылки: , , ,). Следует отметить, что энергопотребление сильно зависит от частоты и напряжения питания модулей, поэтому оверклокерские модули могут потреблять больше и нагреваться гораздо сильнее .
- (***) В разъеме питания SATA предусмотрена линия +3.3В, но винчестеров, требующих ее для работы, пока нет.
- (****) Мощность моторов вентиляторов получается умножением заявленного тока на 12 Вольт и связана с количеством оборотов, диаметром и профилем лопастей вентилятора. Для справки: паспортный ток вентилятора боксового кулера P4 3.0ГГц (Prescott) – 0.27А, паспортный ток безымянного 80x80x25 ~2500об. – 0.13A (по результатам измерений: 0.13A – это стартовый ток в пике (насколько его можно измерить дешевым мультиметром), а после набора оборотов потребление составляет 0.09-0.10A, если заблокировать крыльчатку – 0.14-0.17A), а токи более 0.5А характерны только для высокооборотистых монстров .
Суммируя энергопотребление компонентов ПК, получаем, что потребляемая мощность систем среднего уровня (и тем более бюджетных) не превышает 250-300Вт, а для систем с топовыми процессорами и топовыми видеокартами в режиме SLI/CrossFire укладывается в 400-450Вт. На практике тесты энергопотребления современных игровых систем показывают даже несколько меньшую мощность. Вроде бы 300Вт блока должно хватать для средней системы, с чем же связан миф о необходимости БП значительно большей мощности? Во-первых, дело в уже упомянутом распределении нагрузки по шинам - качественный, но маломощный блок старого стандарта просто не потянет новые системы с основным потреблением по линии +12В. Во-вторых, дело в реальной мощности и честности маркировки блока , о которых будет подробнее рассказано ниже.
Для прикидки потребляемой системой мощности есть утилита от Александра Леменкова aka awl – Power Supply Calculator , прочитать о причинах ее разработки (и другую полезную информацию по БП) можно . Она содержит обширную базу по паспортным данным БП, энергопотреблению различных процессоров и видеокарт, может определять компоненты системы.
Кроме того, программа включает стресс-тест для оценки стабильности напряжений при пиковом потреблении процессора. Так как тест использует показатели не заслуживающего доверия аппаратного мониторинга напряжений, для этой цели предпочтительнее использовать S&M (в режиме FPU burn, 100% load) и вольтметр.
Существуют и online-калькуляторы потребления системы (ссылки: ,2,3). Фатальным недостатком всех калькуляторов является то, что программным способом (без дополнительного оборудования) измерить потребляемую мощность невозможно. Кроме того, базы данных энергопотребления всех упомянутых скриптов содержат завышенные цифры, а PSC давно не обновляется. Поэтому примерное энергопотребление системы стоит считать вручную (ссылки на практические тесты потребления компонентов ПК собраны в соответствующем ).
Введение №2
Актуальна задача выбора БП без тестов, по неким визуально определяемым критериям. Поскольку:
- на наш рынок попадают блоки питания малоизвестных производителей и торговых марок;
- производителем (особенно нагло - в блоках нижней ценовой категории) завышаются паспортные характеристики БП. Чаще всего маломощные бюджетные блоки маркируют как более мощные, оставляя без изменений компоненты и соответственно максимальные токи;
- часто нет возможности взять БП на тесты.
Конечно, только детальный осмотр вкупе с тестами даст точный ответ о возможностях блока, но есть и базовые признаки, по которым можно определить качественный БП. 100% гарантии такой метод не даст, но риск напороться на непотребство сводится к минимуму.
Берем БП в руки
Перед чтением этого раздела рекомендую ознакомиться со статьей Методика тестирования блоков питания Олега Артамонова (в ней описаны устройство и основные компоненты БП), часть вопросов рассмотрена более подробно в работе serj_ – Power Supply .
Взяв БП в руки, можно оценить следующие параметры:
1. Толщина металла (и качество изготовления) корпуса БП
Здесь экономят только в самых дешевых блоках.
2. Вес блока
Часто встречается совет, что блок можно выбирать по весу. Вроде бы верно, но с рядом оговорок. Во-первых, вес бюджетных и недорогих блоков определяется в большей степени толщиной железа корпуса и наличием/отсутствием дросселя пассивного , а не "начинкой". Во-вторых, большой вес блока не гарантирует высоких рабочих характеристик и может применяться лишь как простейший способ оценки качества БП.
Поэтому не стоит ориентироваться на вес сам по себе как на главный признак хорошего БП, это просто элемент комплексной методики. Тем не менее, если на вес БП ощутимо "воздушный", внутри количество и номиналы деталей минимальны. Среднего уровня БП, без пассивного PFC, не может весить менее 0,9-1,2кг. Кстати, купив БП, стоит его взвесить и сверить его реальный вес с указанным в спецификациях (на сайте производителя).
3. Размер и расположение вентилятора(ов) и вентиляционных решеток
80x80 мм вентилятор ставят на заднюю стенку БП, 90x90 или 120x120 – на нижнюю (при направлении взгляда от передней панели корпуса и горизонтальном расположении БП). В дешевых блоках применяется 1 вентилятор 80x80 (со штампованной решеткой), в более дорогих могут стоять 1-2 (очень редко 3) вентилятора типоразмеров от 80x80 до 140x140 мм с проволочной решеткой ("гриль"), которая создает меньше препятствий воздушному потоку (и шума).
Решетки для забора воздуха (вентилятор в БП должен работать на выдув из корпуса) располагаются в блоках с одним 80x80 вентилятором на противоположной вентилятору (передней) стенке (тип 1 ), реже присутствуют дополнительные отверстия на нижней стенке блока (тип 2 ). Возможна простая модификация блока типа 1 для улучшения охлаждения самого БП и уменьшения шума от него. В моделях со 120x120 вентилятором (тип 3 ) на нижней стенке делают частые отверстия для вентиляции на задней стенке блока. Дополнительную информацию об охлаждении БП можно прочитать .
Блоки питания с 80x80 вентиляторами (тип 1 и тип 2)
Блоки питания с 120x120 и 80x80+90x90 вентиляторами (тип 3 и тип 4)
Очевидно, что наиболее эффективно удаляют нагретый воздух из корпуса (но и больше нагреваются при этом) блоки типов 3 и 4, но установка в корпус вентилятора на выдув из процессорной зоны (под БП) рекомендуется в любом случае.
4. Количество и длина кабелей, толщина проводов
Для бюджетных блоков типичны 1 разъем FDD, 4 разъема для периферийных устройств на двух шлейфах, короткие кабели (в том числе и кабель питания ATX), тонкие провода (сечением 20AWG-22AWG). В нормальных БП разъемов больше, кабели длиннее и провода толще (16AWG (очень редко)-18AWG). Минимальная рекомендуемая стандартом длина кабелей - 28 см для кабеля +12В 4-pin и 25 см для остальных кабелей (от БП до первого разъема). В месте выхода пучка проводов из БП должно присутствовать пластиковое кольцо (впрочем, его легко поставить самому), защищающее провода от перетирания. Сетевой (220В) разъем в дешевых блоках обычно дополняется выходным 220В разъемом, в нормальных – тумблером обесточивания БП (т.к. +5В дежурный источник работает и при выключенном ПК).
Так как разъемы периферийных устройств чаще всего предназначаются для ATA устройств (HDD и оптические приводы), резонно для краткости называть их разъемами HDD. Увы, часто их еще ошибочно называют молексами, хотя Molex - это одна из компаний-производителей различных разъемов и кабелей, в том числе для БП.
5. Анализ наклейки с паспортными данными БП
Поскольку в БП нижней ценовой категории (почти всегда, в более дорогих реже) нагло завышаются паспортные характеристики (чаще всего мощность), к этой информации следует относиться скептически. Тем не менее, уже по ней видно, на что претендует производитель блока. Заявленная мощность должна быть не больше суммы произведений номинальных напряжений шин на нагрузки по этим шинам. Следует заострять внимание на том, какой общей мощности по стандарту ATX12V соответствуют заявленные токи, как эта мощность соотносится с заявленной и с солидностью "начинки" БП. Подробнее смотрите здесь.
Взглянув в БП на просвет (через вентиляционные решетки), можно прикинуть:
1. Толщина и профиль радиаторов
Лучше всего – толстые (4-5 мм, у более тонких малая теплопроводность и они неэффективно прогреваются) с развитым оребрением (выдавленные штамповкой "пальцы" вместо ребер хуже, т.к. они имеют малую площадь и соответственно низкую рассеиваемую мощность). Замечание: хотя в новой серии FSP Epsilon /Optima Pro вместо радиаторов - алюминиевые пластины, это никак не влияет на работоспособность БП благодаря доработанной схемотехнике (в том числе высокому КПД).
Пример плохих радиаторов (GIT KP-300UPF)
Еще один пример плохих радиаторов (Codegen 250X1)
Пример качественных радиаторов (Delta DPS-300KBD)
Пример массивных радиаторов (OCZ PowerStream OCZ-470ADJ)
2. Размер фильтрующих (сглаживающих) высоковольтных конденсаторов
От их емкости (пропорциональна размеру) зависит работоспособность блока при пониженном сетевом напряжении, индуктивной нагрузке в сети (пылесос, холодильник), чувствительность к помехам, реакция на кратковременные провалы напряжения и даже нагрев самих конденсаторов.
3. Габариты силового трансформатора
Размер трансформатора определяется его рабочей частотой. Тем не менее, миниатюрный трансформатор может ограничивать максимальную мощность и греться при высокой нагрузке. К сожалению, оценить высоту трансформаторов на фотографиях ниже из-за ракурса невозможно.
Трансформатор из PowerMini PM-300W, из Antec TruePower True430P и из OCZ ModStream OCZ-520 12U - в примерно одинаковом масштабе
4. Диаметр дросселя групповой стабилизации
От диаметра дросселя рабочие параметры БП напрямую не зависят. Другое дело, что меньший дроссель банальным образом дешевле , поэтому дроссели большого диаметра в дешевые блоки не ставят.
Дроссель из безымянного БП 235Вт (не лучше стоят и в "300Вт" китайцах) и из Chieftec (Powerman Pro) HPC 420-102DF
Это относится ко всем компонентам БП : высокая плотность монтажа и солидные размеры и номиналы (и вес) деталей не дают гарантии высоких рабочих характеристик блока, но (в общем случае) чем они выше, тем выше уровень (качество) выполнения и ценовая категория БП .
5. Наличие выходных конденсаторов и выходных дросселей
Если удалось снять крышку
Маловероятно, что при покупке блока питания вам разрешат снять крышку и исследовать внутренности блока. К тому же у большинства небюджетных моделей монтаж достаточно плотный, и разглядеть номиналы одних элементов за частоколом других весьма проблематично. Задача осложняется возможным наличием гарантийных наклеек - как производителя БП, так и розничного продавца. Поэтому данный раздел будет полезен скорее человеку, желающему оценить качество уже купленного БП.
Сняв крышку БП, можно определить:
1. Наличие сетевого фильтра и пассивного/активного PFC
Сетевой фильтр защищает другие подключенные к сети устройства от помех, создаваемых БП.
"Специально обученные перемычки" вместо сетевого фильтра, сетевой фильтр, он же (частично) на отдельной плате
Пассивный PFC (коррекция фактора мощности, не путать с КПД! см. в разделе PFC и ) представляет собой массивный (заметно увеличивающий массу БП) дроссель и функционально бесполезен для домашних компьютеров, к тому же ухудшает реакцию блока на резкие изменения нагрузки и сетевого напряжения, может гудеть и греться при большой нагрузке. Совсем другое дело – действительно полезный активный PFC. Впрочем, у некоторых БП с активным PFC возможны пробемы с UPS .
Дроссель пассивного PFC, смонтированный на крышке БП (FSP300-60BTV)
Плата активного PFC (Thermaltake PurePower HPC-420-302DF)
2. Емкость фильтрующих высоковольтных конденсаторов
Конденсаторы (ставятся обычно 2 шт. последовательно на меньшее напряжение (200-250В), что дает удвоение максимального рабочего напряжения и уполовинивание суммарной емкости) должны стоять из расчета не менее 1 мкФ (каждого конденсатора) на 1 Вт (мощности блока). Например, для бюджетных 300Вт блоков типично – не более 2x330мкФ, а в более солидные блоки той же мощности ставят 2x470-2x680мкФ. При наличии активного PFC требования к емкости конденсаторов намного ниже.
3. Номинал выпрямляющего диодного моста
Документацию по компонентам БП (в т.ч. номиналы) можно поискать на alldatasheet.com .
4. Номинал ключевых транзисторов блока
5. Размеры и качество намотки силового трансформатора
От диаметра проводов зависит максимальная мощность и нагрев под нагрузкой. Впрочем, их диаметр определить сложно, поэтому ориентируйтесь на размер трансформатора и аккуратность его намотки.
6. Оптимальность воздушных потоков в БП
Расположение вентилятора(ов) должно соответствовать форме радиаторов (воздушный поток должен проходить через радиаторы, т.е. они должны продуваться), иначе температурный режим БП будет неоптимальным. Массивные радиаторы не всегда нужны, но позволяют сохранять допустимую температуру компонентов БП при малых оборотах вентилятора (и соответственном уровне шума). Необходимым условием в таком случае является высокий (>0.8) КПД блока.
Пояснение: КПД блока определяется соотношением мощности нагрузки к потребляемой блоком из сети активной мощности. Так как значения КПД на практике меньше единицы, оставшаяся мощность рассеивается на ключевых транзисторах, трансформаторе, диодах, дросселях, конденсаторах, что означает их нагрев.
7. Номиналы и производителей диодных сборок
Диодные сборки часто имеют маркировку типа XXYY, где XX – максимальный ток, а YY – максимальное напряжение. По ним легко определить истинную нагрузочную способность блока по отдельным шинам. При этом имейте в виду, что XX – сумма токов двух диодов, поэтому, например, при заявленном токе 30А по +5В в блоке (по-хорошему) должно стоять 2x30А сборки! (На самом деле максимальный допустимый ток несколько больше половины, подробнее см. .) К сожалению, в недорогих блоках такое решение встречается крайне редко.
Лучше, если кроме изолирующей пленки (или слюды) сборки посажены на термопасту. В некоторых особенно бюджетных блоках вместо диодных сборок (и выпрямляющего диодного моста) могут стоять дискретные диоды (чаще по +12В). Такое "решение" обеспечить ток более 3-5А не может в принципе. Что делать с таким "чудом китайской инженерной мысли", написано .
Диодная сборка MOSPEC (30А), диодная сборка LT (10А) и 2 диода вместо сборки (5А)
При перегреве БП (от выхода из строя вентилятора или перегрузке) первыми умирают ключевые транзисторы или диодные сборки. Остальные компоненты (силовой трансформатор, конденсаторы и т.д.) реже приводят выходу блока из строя, но в дешевых БП может сгореть все что угодно. В качестве примера можно привести имевшую место несколько лет назад эпопею с удешевлением дежурного +5В источника в бюджетных блоках, что вело в один прекрасный момент (обычно при включении ПК) к выдаче по всем линиям завышенных в несколько раз напряжений и выгоранию системника целиком (см. и ).
8. Качество обмотки дросселя групповой стабилизации
От диаметра проводов обмоток сильноточных шин (лучше, если провод толстый (диаметр >=1мм) или намотано несколько обмоток в параллель) зависит падение выходных напряжений.
9. Емкости и производителей фильтрующих конденсаторов на выходе, наличие дросселей
Влияют на уровень пульсаций и падение (проседание) выходных напряжений. К проводам фильтрующих дросселей применимы те же рекомендации, что и к проводам дросселя групповой стабилизации.
Перемычки вместо фильтрующих дросселей, также обратите внимание на размеры конденсаторов и дросселя групповой стабилизации
Электролитические конденсаторы ряда производителей (GSC , JackCon , Licon, Rulycon (не путать с Rub ycon!) и т.д.) отличаются крайне низким качеством, они были замечены в эпопее со вздувающимися конденсаторами (eng). У емкостей этих производителей могут не соответсвовать номиналу реальная емкость, максимальные напряжение и температура, а также внутреннее сопротивление конденсатора (ESR, подробнее см. в разделе "Конденсаторы" и ), которое имеет значение для высокочастотных схем (выходные фильтры БП - для гашения пульсаций на частоте работы трансформатора и ШИМ-контроллера (30-60КГц)). Также обратите внимание на рабочую температуру конденсаторов, она должна быть 105С (для электролитов сетевого фильтра - 85С).
10. Общая аккуратность сборки (пайки) и плотность монтажа
Лучше, если материал печатной платы – стеклотекстолит (более плотный, обычно имеет бледно-телесный цвет), а не гетинакс (однородный с торца, более толстый и темный), который менее устойчив к температуре и расслаиванию (и отслаиванию дорожек). Кроме аккуратности пайки и качества сборки (монтажа элементов), обратите внимание на использование нейлоновых стяжек, термоусадочных трубок, прозрачных пластиковых изолирующих пленок и фиксирующего клея (пример особо некачественной сборки см. .
11. Производитель вентилятора, тип его подсоединения, наличие схемы терморегуляции (и термодатчика)
Провода вентилятора могут быть впаяны в плату или подсоединены 2-pin разъемом (в более дорогих блоках возможен 3-pin, в таком случае выводится провод датчика оборотов с разъемом для подключения к материнской плате). Схема термоконтроля (строго говоря, обороты вентилятора могут регулироваться в зависимости не от температуры, а от нагрузки – ступенчато) может быть реализована на отдельной небольшой печатной плате. Датчик температуры (терморезистор) должен прижиматься к радиатору на диодных сборках (или другому сильно греющемуся элементу БП) – от этого зависит быстрота реакции оборотов вентилятора на резкое увеличение токов нагрузки (и температуры компонентов БП).
Свободно торчащий терморезистор (Cybermark ATX350W&P4) и прижатый скобой к радиатору, рядом плата контроля (FSP300-60BTV)
Промежуточные выводы
Подводя итоги: гнущиеся радиаторы, миниатюрные конденсаторы и трансформатор, дискретные диоды вместо сборок, перемычки в роли конденсаторов и дросселей являются однозначным приговором к отправке БП в мусорный бак. Смысла в переделке такого БП нет, придется менять все , и PCB (печатная плата) таких "блоков" может быть не рассчитана на установку нормальной "рассыпухи".
Хороший 300W БП (среднего уровня) не может стоить менее 20-25$, поэтому наивно ожидать наличия нормального блока в дешевых корпусах. Водоразделом между бюджетными корпусами с некачественными БП и нормальными корпусами можно считать продукцию Inwin (50-70$), но по возможности стоит отдать предпочтение корпусам Ascot (55-100$) и Chiftec (100$+). Возможны исключения - иногда на наш рынок попадают партии отличных блоков по бросовым ценам. Скажем, 2 года назад такая история произошла с БП Delta, а недавно - с несколькими моделями блоков HIPRO. При этом и те и другие требуют небольшой доработки - в Delta необходима впайка резистора между Power OK и +5V, а в HIPRO HP-P4017F5 шумный вентилятор.
Ценовые категории БП
Для БП нижней ценовой категории характерны:
- Тонкое, прогибающееся железо корпуса;
- Некачественный, часто высокооборотистый и шумный (чтобы уменьшить вероятность перегрева и выхода из строя блока под реальной нагрузкой, вплоть до сгорания) вентилятор 80x80, штампованная решетка вентилятора;
- Тонкие радиаторы, практически без оребрения (или со штампованными "пальцами");
- Тонкие провода (20AWG-22AWG), короткие кабели, малое количество разъемов периферийных устройств (4);
- Тотальная экономия на количестве и номинале деталей;
- Полупустая PCB, некачественная (неаккуратная) пайка и монтаж;
- Малый вес (следствие тонкого железа корпуса, хлипких радиаторов и тотальной экономии на количестве и качестве деталей);
- Сетевой фильтр неполный или отсутствует;
- Несоответствие паспортных характеристик блока реальной нагрузочной способности (и ни одной из версий ATX12V PSDG).
Линейный и импульсный источники питания
Начнем с основ. Блок питания в компьютере выполняет три функции. Во-первых, переменный ток из бытовой сети электропитания нужно преобразовать в постоянный. Второй задачей БП является понижение напряжения 110-230 В, избыточного для компьютерной электроники, до стандартных значений, требуемых конвертерами питания отдельных компонентов ПК, - 12 В, 5 В и 3,3 В (а также отрицательные напряжения, о которых расскажем чуть позже). Наконец, БП играет роль стабилизатора напряжений.
Есть два основных типа источников питания, которые выполняют перечисленные функции, - линейный и импульсный. В основе простейшего линейного БП лежит трансформатор, на котором напряжение переменного тока понижается до требуемого значения, и затем ток выпрямляется диодным мостом.
Однако от БП требуется еще и стабилизация выходного напряжения, что обусловлено как нестабильностью напряжения в бытовой сети, так и падением напряжения в ответ на увеличение тока в нагрузке.
Чтобы компенсировать падение напряжения, в линейном БП параметры трансформатора рассчитываются так, чтобы обеспечить избыточную мощность. Тогда при высоком токе в нагрузке будет наблюдаться требуемый вольтаж. Однако и повышенное напряжение, которое возникнет без каких-либо средств компенсации при низком токе в полезной нагрузке, тоже неприемлемо. Избыточное напряжение устраняется за счет включения в цепь неполезной нагрузки. В простейшем случае таковой является резистор или транзистор, подключенный через стабилитрон (Zener diode). В более продвинутом - транзистор управляется микросхемой с компаратором. Как бы то ни было, избыточная мощность просто рассеивается в виде тепла, что отрицательно сказывается на КПД устройства.
В схеме импульсного БП возникает еще одна переменная, от которой зависит напряжение на выходе, в дополнение к двум уже имеющимся: напряжению на входе и сопротивлению нагрузки. Последовательно с нагрузкой стоит ключ (которым в интересующем нас случае является транзистор), управляемый микроконтроллером в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Чем выше длительность открытых состояний транзистора по отношению к их периоду (этот параметр называется duty cycle, в русскоязычной терминологии используется обратная величина - скважность), тем выше напряжение на выходе. Из-за наличия ключа импульсный БП также называется Switched-Mode Power Supply (SMPS).
Через закрытый транзистор ток не идет, а сопротивление открытого транзистора в идеале пренебрежимо мало. В действительности открытый транзистор обладает сопротивлением и рассеивает какую-то часть мощности в виде тепла. Кроме того, переход между состояниями транзистора не идеально дискретный. И все же КПД импульсного источника тока может превышать 90%, в то время как КПД линейного БП со стабилизатором в лучшем случае достигает 50%.
Другое преимущество импульсных источников питания состоит в радикальном уменьшении габаритов и массы трансформатора по сравнению с линейными БП такой же мощности. Известно, что чем выше частота переменного тока в первичной обмотке трансформатора, тем меньше необходимый размер сердечника и число витков обмотки. Поэтому ключевой транзистор в цепи размещают не после, а до трансформатора и, помимо стабилизации напряжения используют для получения переменного тока высокой частоты (для компьютерных БП это от 30 до 100 кГц и выше, а как правило - около 60 кГц). Трансформатор, работающий на частоте электросети 50-60 Гц, для мощности, требуемой стандартным компьютером, был бы в десятки раз массивнее.
Линейные БП сегодня применяются главным образом в случае маломощных устройств, когда относительно сложная электроника, необходимая для импульсного источника питания, составляет более чувствительную статью расходов в сравнении с трансформатором. Это, к примеру, блоки питания на 9 В, которые используются для гитарных педалей эффектов, а когда-то - для игровых приставок и пр. А вот зарядники для смартфонов уже сплошь импульсные - тут расходы оправданны. Благодаря существенно меньшей амплитуде пульсаций напряжения на выходе линейные БП также применяются в тех областях, где это качество востребованно.
⇡ Общая схема блока питания стандарта ATX
БП настольного компьютера представляет собой импульсный источник питания, на вход которого подается напряжение бытовой электросети с параметрами 110/230 В, 50-60 Гц, а на выходе есть ряд линий постоянного тока, основные из которых имеют номинал 12, 5 и 3,3 В. Помимо этого, БП обеспечивает напряжение -12 В, а когда-то еще и напряжение -5 В, необходимое для шины ISA. Но последнее в какой-то момент было исключено из стандарта ATX в связи с прекращением поддержки самой ISA.
На упрощенной схеме стандартного импульсного БП, представленной выше, можно выделить четыре основных этапа. В таком же порядке мы рассматриваем компоненты блоков питания в обзорах, а именно:
- фильтр ЭМП - электромагнитных помех (RFI filter);
- первичная цепь - входной выпрямитель (rectifier), ключевые транзисторы (switcher), создающие переменный ток высокой частоты на первичной обмотке трансформатора;
- основной трансформатор;
- вторичная цепь - выпрямители тока со вторичной обмотки трансформатора (rectifiers), сглаживающие фильтры на выходе (filtering).
⇡ Фильтр ЭМП
Фильтр на входе БП служит для подавления двух типов электромагнитных помех: дифференциальных (differential-mode) - когда ток помехи течет в разные стороны в линиях питания, и синфазных (common-mode) - когда ток течет в одном направлении.
Дифференциальные помехи подавляются конденсатором CX (крупный желтый пленочный конденсатор на фото выше), включенным параллельно нагрузке. Иногда на каждый провод дополнительно вешают дроссель, выполняющий ту же функцию (нет на схеме).
Фильтр синфазных помех образован конденсаторами CY (синие каплевидные керамические конденсаторы на фото), в общей точке соединяющими линии питания с землей, и т.н. синфазным дросселем (common-mode choke, LF1 на схеме), ток в двух обмотках которого течет в одном направлении, что создает сопротивление для синфазных помех.
В дешевых моделях устанавливают минимальный набор деталей фильтра, в более дорогих описанные схемы образуют повторяющиеся (полностью или частично) звенья. В прошлом нередко встречались БП вообще без фильтра ЭМП. Сейчас это скорее курьезное исключение, хотя, покупая совсем дешевый БП, можно, все-таки нарваться на такой сюрприз. В результате будет страдать не только и не столько сам компьютер, сколько другая техника, включенная в бытовую сеть, - импульсные БП являются мощным источником помех.
В районе фильтра хорошего БП можно обнаружить несколько деталей, защищающих от повреждения само устройство либо его владельца. Почти всегда есть простейший плавкий предохранитель для защиты от короткого замыкания (F1 на схеме). Отметим, что при срабатывании предохранителя защищаемым объектом является уже не блок питания. Если произошло КЗ, то, значит, уже пробило ключевые транзисторы, и важно хотя бы предотвратить возгорание электропроводки. Если в БП вдруг сгорел предохранитель, то менять его на новый, скорее всего, уже бессмысленно.
Отдельно выполняется защита от кратковременных скачков напряжения с помощью варистора (MOV - Metal Oxide Varistor). А вот никаких средств защиты от длительного повышения напряжения в компьютерных БП нет. Эту функцию выполняют внешние стабилизаторы со своим трансформатором внутри.
Конденсатор в цепи PFC после выпрямителя может сохранять значительный заряд после отключения от питания. Чтобы беспечного человека, сунувшего палец в разъем питания, не ударило током, между проводами устанавливают разряжающий резистор большого номинала (bleeder resistor). В более изощренном варианте - вместе с управляющей схемой, которая не дает заряду утекать при работе устройства.
Кстати, наличие фильтра в блоке питания ПК (а в БП монитора и практически любой компьютерной техники он тоже есть) означает, что покупать отдельный «сетевой фильтр» вместо обычного удлинителя, в общем-то, без толку. У него внутри все то же самое. Единственное условие в любом случае - нормальная трехконтактная проводка с заземлением. В противном случае конденсаторы CY, соединенные с землей, просто не смогут выполнять свою функцию.
⇡ Входной выпрямитель
После фильтра переменный ток преобразуется в постоянный с помощью диодного моста - как правило, в виде сборки в общем корпусе. Отдельный радиатор для охлаждения моста всячески приветствуется. Мост, собранный из четырех дискретных диодов, - атрибут дешевых блоков питания. Можно также поинтересоваться, на какой ток рассчитан мост, чтобы определить, соответствует ли он мощности самого БП. Хотя по этому параметру, как правило, имеется хороший запас.
⇡ Блок активного PFC
В цепи переменного тока с линейной нагрузкой (как, например, лампа накаливания или электроплитка) протекающий ток следует такой же синусоиде, как и напряжение. Но это не так в случае с устройствами, имеющими входной выпрямитель, - такими как импульсные БП. Блок питания пропускает ток короткими импульсами, примерно совпадающими по времени с пиками синусоиды напряжения (то есть максимальным мгновенным напряжением), когда подзаряжается сглаживающий конденсатор выпрямителя.
Сигнал тока искаженной формы раскладывается на несколько гармонических колебаний в сумме с синусоидой данной амплитуды (идеальным сигналом, который имел бы место при линейной нагрузке).
Мощность, используемая для совершения полезной работы (которой, собственно, является нагрев компонентов ПК), указана в характеристиках БП и называется активной. Остальная мощность, порождаемая гармоническими колебаниями тока, называется реактивной. Она не производит полезной работы, но нагревает провода и создает нагрузку на трансформаторы и прочее силовое оборудование.
Векторная сумма реактивной и активной мощности называется полной мощностью (apparent power). А отношение активной мощности к полной называется коэффициентом мощности (power factor) - не путать с КПД!
У импульсного БП коэффициент мощности изначально довольно низкий - около 0,7. Для частного потребителя реактивная мощность не составляет проблемы (благо она не учитывается электросчетчиками), если только он не пользуется ИБП. На бесперебойник как раз таки ложится полная мощность нагрузки. В масштабе офиса или городской сети избыточная реактивная мощность, создаваемая импульсными БП уже значительно снижает качество электроснабжения и вызывает расходы, поэтому с ней активно борются.
В частности, подавляющее большинство компьютерных БП оснащаются схемами активной коррекции фактора мощности (Active PFC). Блок с активным PFC легко опознать по единственному крупному конденсатору и дросселю, установленным после выпрямителя. В сущности, Active PFC является еще одним импульсным преобразователем, который поддерживает на конденсаторе постоянный заряд напряжением около 400 В. При этом ток из питающей сети потребляется короткими импульсами, ширина которых подобрана таким образом, чтобы сигнал аппроксимировался синусоидой - что и требуется для имитации линейной нагрузки. Для синхронизации сигнала потребления тока с синусоидой напряжения в контроллере PFC имеется специальная логика.
Схема активного PFC содержит один или два ключевых транзистора и мощный диод, которые размещаются на одном радиаторе с ключевыми транзисторами основного преобразователя БП. Как правило, ШИМ-контроллер ключа основного преобразователя и ключа Active PFC являются одной микросхемой (PWM/PFC Combo).
Коэффициент мощности у импульсных блоков питания с активным PFC достигает 0,95 и выше. Кроме того, у них есть одно дополнительное преимущество - не требуется переключатель сети 110/230 В и соответствующий удвоитель напряжения внутри БП. Большинство схем PFC переваривают напряжения от 85 до 265 В. Кроме того, снижается чувствительность БП к кратковременным провалам напряжения.
Кстати, помимо активной коррекции PFC, существует и пассивная, которая подразумевает установку дросселя большой индуктивности последовательно с нагрузкой. Эффективность ее невелика, и в современном БП вы такое вряд ли найдете.
⇡ Основной преобразователь
Общий принцип работы для всех импульсных БП изолированной топологии (с трансформатором) один: ключевой транзистор (или транзисторы) создает переменный ток на первичной обмотке трансформатора, а ШИМ-контроллер управляет скважностью их переключения. Конкретные схемы, однако, различаются как по количеству ключевых транзисторов и прочих элементов, так и по качественным характеристикам: КПД, форма сигнала, помехи и пр. Но здесь слишком многое зависит от конкретной реализации, чтобы на этом стоило заострять внимание. Для интересующихся приводим набор схем и таблицу, которая позволит по составу деталей опознавать их в конкретных устройствах.
| Транзисторы | Диоды | Конденсаторы | Ножки первичной обмотки трансформатора | |
| Single-Transistor Forward | 1 | 1 | 1 | 4 |
| 2 | 2 | 0 | 2 | |
| 2 | 0 | 2 | 2 | |
| 4 | 0 | 0 | 2 | |
| 2 | 0 | 0 | 3 |
Помимо перечисленных топологий, в дорогих БП встречаются резонансные (resonant) варианты Half Bridge, которые легко опознать по дополнительному крупному дросселю (или двум) и конденсатору, образующим колебательный контур.
|
Single-Transistor Forward |
|
|
|
|
|
|
⇡ Вторичная цепь
Вторичная цепь - это все, что находится после вторичной обмотки трансформатора. В большинстве современных блоков питания трансформатор имеет две обмотки: с одной из них снимается напряжение 12 В, с другой - 5 В. Ток сначала выпрямляется с помощью сборки из двух диодов Шоттки - одной или нескольких на шину (на самой высоконагруженной шине - 12 В — в мощных БП бывает четыре сборки). Более эффективными с точки зрения КПД являются синхронные выпрямители, в которых вместо диодов используются полевые транзисторы. Но это прерогатива по-настоящему продвинутых и дорогих БП, претендующих на сертификат 80 PLUS Platinum.
Шина 3,3 В, как правило, выводится от той же обмотки, что и шина 5 В, только напряжение понижается с помощью насыщаемого дросселя (Mag Amp). Специальная обмотка на трансформаторе под напряжение 3,3 В - экзотический вариант. Из отрицательных напряжений в текущем стандарте ATX осталось только -12 В, которое снимается со вторичной обмотки под шину 12 В через отдельные слаботочные диоды.
ШИМ-управление ключом преобразователя изменяет напряжение на первичной обмотке трансформатора, а следовательно - на всех вторичных обмотках сразу. При этом потребление тока компьютером отнюдь не равномерно распределено между шинами БП. В современном железе наиболее нагруженной шиной является 12-В.
Для раздельной стабилизации напряжений на разных шинах требуются дополнительные меры. Классический способ подразумевает использование дросселя групповой стабилизации. Три основные шины пропущены через его обмотки, и в результате если на одной шине увеличивается ток, то на других - падает напряжение. Допустим, на шине 12 В возрос ток, и, чтобы предотвратить падение напряжения, ШИМ-контроллер уменьшил скважность импульсов ключевых транзисторов. В результате на шине 5 В напряжение могло бы выйти за допустимые рамки, но было подавлено дросселем групповой стабилизации.
Напряжение на шине 3,3 В дополнительно регулируется еще одним насыщаемым дросселем.
В более совершенном варианте обеспечивается раздельная стабилизация шин 5 и 12 В за счет насыщаемых дросселей, но сейчас эта конструкция в дорогих качественных БП уступила место преобразователям DC-DC. В последнем случае трансформатор имеет единственную вторичную обмотку с напряжением 12 В, а напряжения 5 В и 3,3 В получаются благодаря преобразователям постоянного тока. Такой способ наиболее благоприятен для стабильности напряжений.
Выходной фильтр
Финальной стадией на каждой шине является фильтр, который сглаживает пульсации напряжения, вызываемые ключевыми транзисторами. Кроме того, во вторичную цепь БП в той или иной мере пробиваются пульсации входного выпрямителя, чья частота равна удвоенной частоте питающей электросети.
В состав фильтра пульсаций входит дроссель и конденсаторы большой емкости. Для качественных блоков питания характерна емкость не менее 2 000 мкФ, но у производителей дешевых моделей есть резерв для экономии, когда устанавливают конденсаторы, к примеру, вдвое меньшего номинала, что неизбежно отражается на амплитуде пульсаций.
⇡ Дежурное питание +5VSB
Описание компонентов блока питания было бы неполным без упоминания об источнике дежурного напряжения 5 В, который делает возможным спящий режим ПК и обеспечивает работу всех устройств, которые должны быть включены постоянно. «Дежурка» питается от отдельного импульсного преобразователя с маломощным трансформатором. В некоторых БП встречается и третий трансформатор, использующийся в цепи обратной связи для изоляции ШИМ-контроллера от первичной цепи основного преобразователя. В других случаях эту функцию выполняют оптопары (светодиод и фототранзистор в одном корпусе).
⇡ Методика тестирования блоков питания
Одним из основных параметров БП является стабильность напряжений, которая находит отражение в т.н. кросс-нагрузочной характеристике. КНХ представляет собой диаграмму, в которой на одной оси отложен ток или мощность на шине 12 В, а на другой - совокупный ток или мощность на шинах 3,3 и 5 В. В точках пересечения при разных значениях обеих переменных определяется отклонение напряжения от номинала на той или иной шине. Соответственно, мы публикуем две разные КНХ - для шины 12 В и для шины 5/3,3 В.
Цвет точки означает процент отклонения:
- зеленый: ≤ 1%;
- салатовый: ≤ 2%;
- желтый: ≤ 3%;
- оранжевый: ≤ 4%;
- красный: ≤ 5%.
- белый: > 5% (не допускается стандартом ATX).
Для получения КНХ используется сделанный на заказ стенд для тестирования блоков питания, который создает нагрузку за счет рассеивания тепла на мощных полевых транзисторах.
Другой не менее важный тест - определение размаха пульсаций на выходе БП. Стандарт ATX допускает пульсации в пределах 120 мВ для шины 12 В и 50 мВ - для шины 5 В. Различают высокочастотные пульсации (на удвоенной частоте ключа основного преобразователя) и низкочастотные (на удвоенной частоте питающей сети).
Этот параметр мы измеряем при помощи USB-осциллографа Hantek DSO-6022BE при максимальной нагрузке на БП, заданной спецификациями. На осциллограмме ниже зеленый график соответствует шине 12 В, желтый - 5 В. Видно, что пульсации находятся в пределах нормы, и даже с запасом.
Для сравнения приводим картину пульсаций на выходе БП старого компьютера. Этот блок изначально не был выдающимся, но явно не стал лучше от времени. Судя по размаху низкочастотных пульсаций (обратите внимание, что деление развертки напряжения увеличено до 50 мВ, чтобы колебания поместились на экран), сглаживающий конденсатор на входе уже пришел в негодность. Высокочастотные пульсации на шине 5 В находятся на грани допустимых 50 мВ.
В следующем тесте определяется КПД блока при нагрузке от 10 до 100% от номинальной мощности (путем сравнения мощности на выходе с мощностью на входе, измеренной при помощи бытового ваттметра). Для сравнения на графике приводятся критерии различных категорий 80 PLUS. Впрочем, большого интереса в наши дни это не вызывает. На графике приведены результаты топового БП Corsair в сравнении с весьма дешевым Antec, а разница не то чтобы очень велика.
Более насущный для пользователя вопрос - шум от встроенного вентилятора. Непосредственно измерить его вблизи от ревущего стенда для тестирования БП невозможно, поэтому мы измеряем скорость вращения крыльчатки лазерным тахометром - также при мощности от 10 до 100%. На нижеприведенном графике видно, что при низкой нагрузке на этот БП 135-миллиметровый вентилятор сохраняет низкие обороты и вряд ли слышен вообще. При максимальной нагрузке шум уже можно различить, но уровень все еще вполне приемлемый.
