Виды блоков питания для компьютеров

Современный рынок компьютерных комплектующих предлагает пользователям широкий выбор самых различных продуктов по доступным ценам. В первую очередь, это дешевые отечественные и китайские блоки питания. Отличительной особенностью данных устройств является применение дешевых компонентов, сопутствующая замена многих силовых элементов обычными проводниками, отсутствие какого-либо пассивного охлаждения. Последнее обстоятельство вынуждает производителей дешевых блоков питания не заботиться о частоте вращения вентилятора, так как только работающий на максимальных частотах вращения вентилятор способен охладить данные устройства без радиаторов для рассеивания тепла. Применение упрощенных схем питания в блоках питания необратимо приводит к снижению стабильности напряжений на линиях устройства.

Любой современный блок питания для персонального компьютера должен выдавать три ключевые линии напряжения: 12 вольт, 5 вольт и 3,3 вольта. Значение той или иной линии меняется на протяжении последнего десятилетия и отражается в спецификациях ATX. Первые блоки питания удовлетворяли спецификациям ATX 1.xx, что требовало от блоков питания предоставление основной нагрузки по линии 5 вольт. Данное обстоятельство было связано с тем, что питание центральных процессоров обеспечивалось за счет данной линии напряжения.

С течением времени появились спецификации ATX 2.xx, которые требуют от блоков питания предоставления основной нагрузки по линии на 12 вольт. Связано это с тем, что все основные компоненты системного блока питаются от данной силовой линии устройства. Питание всех современных процессоров, видеокарт обеспечивается за счет данной линии. В современных блоках питания нагрузка на 5 вольтную линию ложится со стороны материнской платы, устройств хранения данных и различных приводов.

Линия напряжения на 3,3 вольта традиционно используется материнской платой для обеспечения питанием планок оперативной памяти в системном блоке. Отсутствие какой-либо стабильности по линии на 3,3 вольта необратимо ведет к подрыванию стабильности всей системы, что проявляется либо зависанием всей системы, либо синим экраном с последующей перезагрузкой.

Современные спецификации допускают некоторое отклонение напряжений на любой из трех линий. По последним данным данные отклонения не должны превышать 15%. Это достаточно существенная цифра, но материнская плата должна обеспечивать стабильность работы компонентов системы при подобных провалах или возрастаниях напряжения. Как правило, применение дорогих материнских плат от известных производителей позволяет пользователям длительное время не замечать ущербность своих блоков питания. С течением времени, конденсаторы материнских плат изживают свой срок службы, и все компоненты системы становятся достаточно чувствительными к малейшим просадкам и подъемам напряжений, особенно по линии на 3,3 вольта.

Отличительной особенностью китайских и отечественных дешевых блоков питания является феномен "качелей". Феномен "качелей" заключается в том, что при увеличении нагрузки на линию 12 вольт происходит просадка данного напряжения с параллельным возрастанием напряжения на линии 5 вольт. Обратная тенденция наблюдается при появлении нагрузки на линию пять вольт. Данное обстоятельство связано с упрощенностью схемы питания дешевых блоков питания. Это не говорит о том, что данные блоки питания нельзя эксплуатировать, – их можно эксплуатировать, но только с умом. Необходимо стараться соблюдать баланс нагрузки на обе линии напряжений – 12 и 5 вольт. Это позволит продлить срок службы вашего дешевого блока питания и продлит срок службы компонентов системы.

Наличие подобного феномена выявить достаточно просто. Для этого необходимо включить системный блок и в четырехпиновый разъем Molex найти четыре контакта, для оценки уровня напряжения на линиях 12 и 5 вольт. Красная линии и земля, – это пять вольт. Желтая линия и земля, – это двенадцать вольт. Как правило, у блока питания всегда имеется свободный один разъем Molex, – поэтому можно провести тестирование уровня напряжений напрямую с параллельной вычислительной нагрузкой.

Если блок питания достаточно не уверенно держит одну из линий и можно говорить о просадке порядка 0,5 вольт от номинальных значений, – вам следует задуматься о замене блока питания.

Следует запомнить, что тестирование уровня напряжения блоков питания необходимо осуществлять исключительно мультиметром или вольтметром. Все замеры БИОСа, которые иногда представляются различными программными продуктами, годятся лишь для оценки просадки уровня напряжения, но никак не для оценки их точных значений.

Известную трудность представляет проверка уровня напряжения на линии 3,3 вольта. Как правило, приходится ограничиваться данными представленными БИОСом материнской платы или осуществлять параллельное подключение к 24-х пиновому коннектору блока питания, подключенному к материнской плате. Распиновка данного коннектора представлена на ниже представленном рисунке:

Второй категорией блоков питания являются качественные устройства от именитых производителей. Следует понимать, что упакованный в картонную или красочную коробку блок питания не является устройством от известного производителя. Многие производители блоков питания практически не прибегают к упаковке своих решений и поставляют на продажу OEM варианты своих решений, – без какой-либо упаковки.

Современные качественные блоки питания имеют достаточный вес, который составляет от 1 кг и выше. Масса блока питания во многом зависит от его мощности. Следует обратить внимание на толщину стали качественного блока питания. У качественного устройства стенка корпуса не прогибается под нажимом пальца, в то время как на дешевых устройствах образуется ямы не подвергающиеся выпрямлению.

Некоторые более дорогие блоки питания дооснащаются модульной системой организации питания, которая помогает более грамотно компоновать компоненты системы в системном блоке. Дешевые блоки питания практически не оснащаются данной системой, так как это значительно увеличивает конечную стоимость продукта.

При приобретении блока питания следует помнить, что каждый блок питания имеет активное охлаждение с помощью установленного блока питания. Многие пользователи стремятся за современными тенденциями и хотят приобрести блок питания с максимально большим вентилятором охлаждения. Во многих случаях это оправданно, особенно, когда система охлаждения доукомплектована PWM контроллером частоты вращения. Опыт показывает, что это не должно являться поводом для отказа от блоков питания с 80 мм вентиляторами охлаждения на передней стенке. Многие известные производители выпускают устройства с данной системой охлаждения, так как во время незначительных нагрузок на источник питания вентилятор шумит гораздо меньше 120 или 140 мм решений на нижней стенке устройства.

Несомненным преимуществом блоков питания с вентиляторами на нижней стенке является отвод тепла от системы питания процессора. Тем не менее, следует понимать, что данный эффект не всегда реализуем, так как многие системные блоки требуют размещения блоков питания на нижней стенке. Да и достойные блоки питания с 80 мм вентилятором охлаждения на нижней стенке имеют решетки, через которые осуществляется забор горячего воздуха из зоны системы питания процессора.

Представленный краткий обзор должен помощь определиться нашим пользователям с покупкой блока питания для своего решения. Запомните, то как долго прослужит вам ваш компьютер во многом зависит от источника его питания.

Приступая к изучению компьютерного «железа», неплохо бы для начала разобраться с блоком питания. Блок питания («Power Supply Unit», или сокращенно PSU) – это источник электроэнергии и является неотъемлемой частью компьютера. Нарушения в его работе приводят к сбоям и различным «глюкам» в работе всего компьютера, вплоть до абсолютной невозможности функционирования. Из-за неисправностей в этом узле компьютер может «зависать», могут возникать проблемы в работе программного обеспечения. Его задача – преобразовать переменный ток в постоянный, и входное напряжение до заданных параметров, необходимых для работы компьютерных комплектующих.

Для чего нужен БП?

Напряжение сети, к которой подключаются компьютеры, составляет 220 вольт. Компьютерные устройства потребляют следующие номиналы напряжений:

Таким образом, прибор преобразовывает входящие 220 вольт до требуемых величин и снабжает питанием элементы ПК.

В задачи устройства входит сглаживание бросков сетевого напряжения и обеспечение электропитанием всех устройств, находящихся в системном блоке. Вот несколько фотографий прибора:

Типичный блок питания ПК

Преимуществом изделий такого конструктивного исполнения является нижнее расположение вентилятора. Причем сам «карлсон» за счет своих размеров (12 см.) менее шумный, т. к. тот же объем воздуха для охлаждения обеспечивается при меньшей частоте вращения крыльчатки, чем у 8 сантиметровых кулеров.

В случае компоновки системника с БП, расположенным выше процессора, вентилятор должен работать так, чтобы воздух выдувался из корпуса. Это способствует дополнительному охлаждению платы и процессора. Нагретый воздух отводится наружу через специальные прорези сзади в корпусе блока. 12-сантиметровые вентиляторы имеют еще и больший срок службы. Так как крыльчатка вращается с меньшей частотой, то соответственно и меньше изнашиваются осевые втулки.

Выбор прибора

Если у вас возникла необходимость его покупки, то при прочих равных условиях лучше выбирать БП с кнопкой выключения питания. Она расположена на задней стенке корпуса. При наличии такой кнопки можно не выдергивать каждый раз при выключении компьютера провод из розетки. Плюс к этому делает невозможным несанкционированное включение ПК в нештатных ситуациях (например – перепады сетевого напряжения).

Другой вариант БП

Также хорошая модель БП для запитки компьютера. Благодаря наличию большого количества разъемов такой блок питания может снабжать электроэнергией множество разных устройств. Кнопка отключения также в наличии. А кулер уже имеет габарит 8 сантиметров, и находится на задней стенке корпуса БП.

Вид узла изнутри

А на этом фото (уже со снятой крышкой) представлен обычный прибор бюджетной серии made in China. Специалисты рекомендуют при покупке этого узла не в последнюю очередь ориентироваться на его вес. Ведь вес изделия зависит как от толщины металла корпуса, (то ли китайская «фольга», то ли листовой металл) так и от внутренней электронной «начинки» устройства – если при изготовлении не экономить на деталях и комплектующих. Количество и ассортимент разъемов, также влияют на это параметр. Так что все логично.

Наличие надежного агрегата критически важно для стабильной работы ПК. Возьмем для примера фирму, у которой работают несколько компьютеров. Два из них – современные, от известных брендов. Несколько – средней руки, уже подизношенные. А один – древний «дедушка», служащий чисто для работы с текстами. Когда при перепадах напряжения начинают моргать или тускнеют лампочки, «патриарх» сразу уходит в перезагрузку. Более современные машины перегружаются, что называется, «через раз», а самые современные – почти ни разу не перезагружались.

Все дело, оказывается, в надежном и исправном блоке питания. В качественном приборе имеются кроме всего прочего, разрядные конденсаторы. Благодаря этому он имеет возможность некоторое время выравнивать просевшее напряжение сети за счет разрядки емкостей и этим уберечь систему от сбоя.

Принцип действия этой системы следующий. Во время работы системы, при напряжении в сети в пределах нормы, происходит накопление заряда емкостями. Когда же напряжение понижается –конденсаторы разряжаются, отдавая накопленную энергию в систему. В случае кратковременного падения напряжения для компьютера не составляет труда без потерь преодолеть такие скачки.

Стоит также отметить одну особенность этих приборов. У современных БП разъем материнской платы 24-пиновый (имеет 24 контакта), в то время как у более ранних версий – разъемы 20-ти контактные. Чтобы установить такой прибор на современный компьютер, нужно установить дополнительную секцию с 4 контактами.

Дополнительная секция с 4 контактами

Добавочные контакты нужны для подвода дополнительной мощности к потребителям. Вследствие стремительных темпов развития компьютерной индустрии повышается соответственно и потребление энергии, необходимой устройствам для выполнения задач. Несмотря на то, что для питания большинства устройств вполне достаточно 20-пинового разъема, конструкторы уже заложили запас по мощности с учетом будущего роста потребления мощности.

Благодаря добавлению 4-пинового модуля появилась возможность подавать на шину материнской платы дополнительную мощность до 75 Ватт.

Отличия современных БП

В настоящее время многие производители внедряют систему модульного соединения кабелей. При таком подходе становится меньше неподключенных жгутов с кабелями в корпусе системника. Соответственно освобождается место, меньше «пылесборников», меньше паутины проводов. Такая система приобрела название «кабельный менеджмент».

Еще одно преимущество модульных разъемов – улучшение интенсивности воздухообмена в системном блоке. Как правило, у таких приборов можно отсоединить все разъемы, кроме материнской платы и ЦП.

Устройство с модульными разъемами

Вот такие компьютерные БП были получены фирмой в одной из последних партий комплектующих.

Устройство в заводской упаковке

В упаковке находится сетевой кабель – он входит в комплект поставки Прибор герметично упакован в плотный полиэтилен. Коробка имеет ручку для переноски. В общем- удобно, практично и по-деловому.

БП для ноутбуков

Отдельный тип блоков питания составляют приборы для ноутбуков. Подавляющее большинство из них – устройства с выходным напряжением 12 или 24 Вольта. Реже встречаются узлы с выходом на 10 Вольт.

Мелкий ремонт устройства

Вследствие того, что ноутбук подразумевает высокую мобильность, многие юзеры этим активно пользуются. Как результат – перелом силового кабеля из-за частых перегибов. Не так давно узел с подобной проблемой ремонтировался у нас. Процесс ремонта запечатлен на фото.

Собственно вот: на картинке штатный девайс. Чаще всего переламывается провод непосредственно около корпуса.

Блок питания

Чтобы исправить данную поломку, нужно сделать следующее:

• Определить место на силовом кабеле, где переломились проводники;
• После этого можно приступать к разборке;
• Отрезать часть провода с неисправными жилами;
• На оставшемся проводе зачистить изоляцию и припаять провода на место.

Чтобы разобрать прибор такого типа, нужно проявить смекалку, так как корпуса у них неразборные. Приходится на свой страх и риск использовать подручные средства. Подойдет и обычный канцелярский нож.

Разборка

Чтобы снять внешний корпус, нужно разрезать стыковый шов по всему периметру. После этого нужно развести половинки корпуса в стороны. Для этого может потребоваться достаточно большое усилие. Под пластмассовым корпусом находится металлический кожух, предохраняющий электронную начинку от механических повреждений.

Снятие корпуса

Его тоже нужно снять. Под этим кожухом находится прозрачная пластиковая подкладка. Она служит для исключения предотвращения токоведущих частей блока к металлическому кожуху корпуса.

После того, как пластиковая подкладка удалена, можно откусывать кабель. В результате этих операций прибор принимает следующий вид:

Разобранный прибор

Дальше нужно отпаять с платы куски отрезанных проводов. Затем обработать место

ремонта, очистить его от остатков старого олова. На подготовленное место припаять зачищенные концы оставшегося провода, каждый на соответственное место.

Плата, готовая к пайке

Припаяв проводки, нужно дождаться остывания платы, после чего произвести сборку в обратном порядке. Чтоб пластмассовые половинки корпуса не распадались, можно их заново склеить, или просто замотать скотчем.

Проверка исправности

Осталось лишь проверить исправность прибора. Подсоединив к ноутбуку и включив его, убеждаемся, что все работает нормально. Ремонт прошел удачно.

Узел исправен и готов к работе.

Выбор прибора по мощности

Под конец хотелось бы порекомендовать вам пару полезных утилит. Это программы, позволяющие рассчитать требуемую мощность для БП. Расчет производится в зависимости от заданных параметров и конфигурации ПК. Выбор компонентов происходит тут же из всплывающих окон. Можно указать количество, тип, модель оборудования и т. п.

Если вы покупаете компьютер по частям, или вам нужен новый узел после апгрейда, то с помощью утилиты «Power Watts PC» вы сможете произвести точный расчет необходимой мощности устройств вашего ПК и выбрать оптимальную модель.

После определения конфигурации компьютера в нижней части диалогового окна будет отображена суммарная потребляемая мощность вашего ПК.

Power Watts PC

Ту же самую операцию можно выполнить в режиме онлайн. В этом вам поможет утилита Power Calculator. Она полезна еще и тем, что в ее базе есть не только современные комплектующие, но и предыдущие модели устройств, в отличие от Power Watts PC

Power Calculator

Интерфейс программы интуитивно понятен и прост в использовании. С ним легко можно освоиться и подбирать аппарат в соответствии с вашими требованиями.

Видео: Выбор блока питания для ПК

Компьютерный блок питания (или сокращённо — блок питания, БП) — вторичный источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электроэнергией постоянного тока путём преобразования сетевого напряжения до требуемых значений.

Также в состав компьютера могут входить блоки преобразования уровня напряжения следующей ступени — третичные блоки питания и т. д. Примером таких преобразователей могут служить модуль питания центральных процессоров (в том числе модернизируемых), графических процессоров, а также устройства, требующие повышения напряжения или изменения характеристик тока — переменного, с изменением фазы.

В некоторой степени блок питания также выполняет функции стабилизации и защиты от незначительных помех питающего напряжения. Как компонент, занимающий значительную часть внутри корпуса компьютера, несёт в своём составе (либо монтируемые на корпусе БП) компоненты охлаждения частей внутри корпуса компьютера.

Содержание

Описание [ править | править код ]

Если брать, в качестве примера, блок питания для настольного компьютера персонального стандарта PC, то, согласно спецификации разных лет, он должен обеспечивать выходные напряжения ±5 / ±12 / +3,3 Вольт, а также +5 Вольт дежурного режима (+5VSB).

• Основными силовыми цепями компьютеров периодически являлись линии напряжения +3,3, +5 и +12 В. Традиционно, чем выше напряжение в линии, тем большая мощность передаётся по данным цепям.
• Отрицательные напряжения питания (−5 и −12 В) допускали небольшие токи и в современных материнских платах в настоящее время не используются.

• Напряжение −5 В использовалось только интерфейсом ISAматеринских плат. Для обеспечения −5 В постоянного тока в ATX и ATX12V версии до 1.2 использовался контакт 20 и белый провод. Это напряжение (а также контакт и провод) не является обязательным уже в версии 1.2 и полностью отсутствует в версиях 1.3 и старше.
• Напряжение −12 В необходимо лишь для полной реализации стандарта последовательного интерфейса RS-232 с использованием микросхем без встроенного инвертора и умножителя напряжения, поэтому также часто отсутствует.

Напряжение +12 В используется для питания наиболее мощных потребителей. Разделение питающих напряжений на 12 и 5 Вольт целесообразно как для снижения токов по печатным проводникам плат, так и для снижения потерь энергии на выходных выпрямительных диодах блока питания.

Напряжения ±5, +12, +3,3 В дежурного режима используются материнской платой.

Для жёстких дисков, оптических приводов, вентиляторов используются напряжения +5 и +12 В.

Наиболее мощные потребители энергии (такие, как видеокарта, центральный процессор, северный мост) подключаются через размещённые на материнской плате или на видеокарте вторичные преобразователи с питанием от цепей как +5 В, так и +12 В.

Напряжение +3,3 В в блоке питания формируется из напряжения +5 В, а потому существует ограничение суммарной потребляемой мощности по ±5 и +3,3 В.

Напряжение на модулях памяти имеет стойкую тенденцию к уменьшению и для DDR4 SDRAM снизилось до 1,2 Вольта.

В большинстве случаев, для компьютера в рассматриваемом примере, используется импульсный блок питания, выполненный по полумостовой (двухтактной) схеме. Блоки питания с накапливающими энергию трансформаторами (обратноходовая схема) естественно ограничены по мощности габаритами трансформатора и потому применяются значительно реже. Гораздо чаще встречается схема прямоходового однотактного преобразователя, которая не так ограничена по массо-габаритным показателям. При этом используются те же м/с, что и в обратноходовом преобразователе.

Устройство (схемотехника) [ править | править код ]

Широко распространённая схема импульсного источника питания состоит из следующих частей:

Входные цепи

• Входной фильтр, предотвращающий распространение импульсных помех в питающую сеть[1] . Также входной фильтр уменьшает бросок тока заряда электролитических конденсаторов при включении БП в сеть (это может привести к повреждению входного выпрямительного моста).
• В качественных моделях — пассивный (в дешёвых) либо активный корректор мощности (PFC), снижающий нагрузку на питающую сеть.
• Входной выпрямительный мост, преобразующий переменное напряжение в постоянное пульсирующее.
• Конденсаторный фильтр, сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения.
• Отдельный маломощный блок питания, выдающий +5 В дежурного режима материнской платы и +12 В для питания микросхемы преобразователя самого ИБП. Обычно он выполнен в виде обратноходового преобразователя на дискретных элементах (либо с групповой стабилизацией выходных напряжений через оптрон плюс регулируемый стабилитрон TL431 в цепи ОС, либо линейными стабилизаторами 7805/7812 на выходе) или же (в топовых моделях) на микросхеме типа TOPSwitch.

Преобразователь

• Полумостовой преобразователь на двух биполярных транзисторах.
• Схема управления преобразователем и защиты компьютера от превышения/снижения питающих напряжений, обычно на специализированной микросхеме (TL494, UC3844, KA5800, SG6105 и пр.).
• Импульсный высокочастотный трансформатор, который служит для формирования необходимых номиналов напряжения, а также для гальванической развязки цепей (входных от выходных, а также, при необходимости, выходных друг от друга). Пиковые напряжения на выходе высокочастотного трансформатора пропорциональны входному питающему напряжению и значительно превышают требуемые выходные.
• Цепи обратной связи, которые поддерживают стабильное напряжение на выходе блока питания.
• Формирователь напряжения PG (Power Good, «напряжение в норме»), обычно на отдельном ОУ.

Выходные цепи

• Выходные выпрямители. Положительные и отрицательные напряжения (5 и 12 В) используют одни и те же выходные обмотки трансформатора, с разным направлением включения диодов выпрямителя. Для снижения потерь, при большом потребляемом токе, в качестве выпрямителей используют диоды Шоттки, обладающие малым прямым падением напряжения.
• Дроссель выходной групповой стабилизации. Дроссель сглаживает импульсы, накапливая энергию между импульсами с выходных выпрямителей. Вторая его функция — перераспределение энергии между цепями выходных напряжений. Так, если по какому-либо каналу увеличится потребляемый ток, что снизит напряжение в этой цепи, дроссель групповой стабилизации как трансформатор пропорционально снизит напряжение по другим выходным цепям. Цепь обратной связи обнаружит снижение напряжения на выходе и увеличит общую подачу энергии, что восстановит требуемые значения напряжений.
• Выходные фильтрующие конденсаторы. Выходные конденсаторы, вместе с дросселем групповой стабилизации интегрируют импульсы, тем самым получая необходимые значения напряжений, которые, благодаря дросселю групповой стабилизации, значительно ниже напряжений с выхода трансформатора.
• Один (на одну линию) или несколько (на несколько линий, обычно +5 и +3,3) нагрузочных резисторов 10-25 Ом, для обеспечения безопасной работы на холостом ходу.

Достоинства такого блока питания:

• Простая и проверенная временем схемотехника с удовлетворительным качеством стабилизации выходных напряжений.
• Высокий КПД (65—70 %). Основные потери приходятся на переходные процессы, которые длятся значительно меньшее время, чем устойчивое состояние. Больше всех греются диоды выпрямляющие 5 и 12 вольт. Силовые транзисторы греются мало .
• Малые габариты и масса, обусловленные как малым выделением тепла на регулирующем элементе, так и малыми габаритами трансформатора, благодаря тому, что последний работает на высокой частоте.
• Малая металлоёмкость, благодаря чему мощные импульсные источники питания стоят дешевле трансформаторных, несмотря на бо́льшую сложность.
• Возможность подключения к сетям с широким диапазоном выбора напряжений и частот, или даже сетям постоянного тока. Благодаря этому возможна унификация техники, производимой для различных стран мира, а значит, и её удешевление при массовом производстве.

Недостатки полумостового блока питания на биполярных транзисторах:

• При построении схем силовой электроники использование биполярных транзисторов в качестве ключевых элементов снижает общий КПД устройства [2] . Управление биполярными транзисторами требует значительных затрат энергии.
  Всё больше компьютерных блоков питания строится на более дорогих мощных MOSFET-транзисторах. Схемотехника таких компьютерных блоков питания реализована как в виде полумостовых схем, так и обратноходовых преобразователей. Для удовлетворения массогабаритных требований к компьютерному блоку питания в обратноходовых преобразователях используются значительно более высокие частоты преобразования (100—150 кГц).
• Большое количество намоточных изделий, индивидуально разрабатываемых для каждого типа блоков питания. Такие изделия снижают технологичность изготовления БП.
• Во многих случаях недостаточная стабилизация выходного напряжения по каналам. Дроссель групповой стабилизации не позволяет с высокой точностью обеспечивать значения напряжений во всех каналах. Более дорогие, а также мощные современные блоки питания формируют напряжения ±5 и 3,3 В с помощью вторичных преобразователей из канала 12 В.

Принципиальная схема БП персонального компьютера