Блоки питания для ПК: принципы работы и основные узлы. Компьютерный блок питания

Блок питания - это устройство, которое используется для создания напряжения, необходимого для работы компьютера, из напряжения домашней электросети. В России блок питания (в дальнейшем просто БП) преобразует переменный электрический ток домашней электрической сети напряжением 220 В и частотой 50 Гц в заданный постоянный ток. В разных странах стандарты домашней электросети отличаются. В США, к примеру, в дома обычных жителей подаётся переменный ток напряжением 120 В и частотой 60 Гц.

Для расчёта сопротивления проводника вы можете воспользоваться калькулятором расчета сопротивления проводника .

Виды блоков питания и их различия.

Существуют два основных вида блоков питания : трансформаторные и импульсные. Ниже будут рассмотрены их устройства и различия, а также преимущества и недостатки.

Трансформаторный блок питания и его устройство.

Этот вид блока питания является классическим и, одновременно, простейшим. Ниже представлена его схема с двухполероудным выпрямителем:

Важнейшим элементом этого вида БП является понижающий трансформатор (вместо которого может быть использован автотрансформатор). Первичная обводка этого элемента как раз и рассчитана на входящее сетевое напряжение. Ещё одна важная деталь такого БП - это выпрямитель. Он выполняет функцию преобразования переменного напряжения в однонаправленное и пульсирующее постоянное. В подавляющем большинстве случаев используются однополупериодный выпрямитель или двухполупериодный. Первый состоит из одного диода, а последний из четырёх диодов, которые образуют диодный мост. В некоторых случаях могут использоваться и другие схемы этого элемента, например, в трёхфазных выпрямителях или выпрямителях с удвоенным напряжением. Последней важной деталью трансформаторного БП является фильтр, который сглаживает пульсации, создающиеся выпрямителем. Обычно эта деталь представлена конденсатором с большой ёмкостью.

Габариты трансформатора. Из базовых законов электротехники выводится следующая формула:

(1/n)~f*S*B

В этой формуле n - это число витков на 1 вольт, f - частота переменного тока, S - площадь сечения магнитопровода, B - индукция магнитного поля в магнитопроводе.

Формула описывает не мгновенное значение, а амплитуду B!

Практически величина индукции магнитного поля (B) ограничена гистерезисом в сердечнике. Это приводит к перегревам трансформатора и потерям на перемагничивании.

Если частота переменного тока(f) равна 50 Гц, то изменяемыми параметрами при конструировании трансформатора остаются только S и n. На практике используется такая эвристика: n (в значении от 55 до 70) / S в см^2

Увеличение площади сечения магнитопровода (S) приводит к повышению габаритов и веса трансформатора. Если же понижать значение S то этим повышается значение n, что в трансформаторах небольшого размера приводит к снижению сечения провода (в противном случае обмотка не поместится на сердечнике)

При увеличении значения n и уменьшения площади сечения происходит значительное увеличении активного сопротивления обмотки. В трансформаторах с малой мощностью на это можно не обращать внимания, поскольку ток, проходящий через обмотку, невелик. Однако, при повышении мощности ток, проходящий через обмотку, увеличивается, а это вместе с высоким сопротивлением обмотки приводит к рассеиванию значительной тепловой мощности.

Всё вышесказанное приводит к тому, что стандартной частоте 50 Гц трансформатор большой мощности (необходимой для питания компьютера) может быть сконструирован только как устройство, имеющее большой вес и габариты.

В современных БП идут по другому пути - увеличивания значения f, которое достигается использованием импульсных блоков питания . Такие БП намного легче и в значительной степени меньше по габаритам, чем трансформаторные. Также импульсные БП не столь требовательны к входному напряжению и частоте.

Преимущества трансформаторных БП

• Простота изделия;
• Надёжность конструкции;
• Доступность элементов;
• Отсутствие создаваемых радиопомех.

Недостатки трансформаторных БП

• Большой вес и габариты, которые увеличиваются вместе с мощностью;
• Металлоёмкость;
• Необходимость компромисса между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения.

Импульсный БП и его устройство.

Ниже представлена схема одноконтактного импульсного БП (эта схема является простейшей):

Фактически блоки питания импульсного вида являются инверторной системой. В этом БП входящая в него электроэнергия сначала выпрямляется (т. е. образуется постоянный электрический ток), а после этого преобразуется в прямоугольные импульсы определённой частоты и скважности. После этого эти прямоугольные импульсы на трансформатор (в случае если конструкция БП включает в себя гальваническую развязку) или же сразу на выходной ФНЧ (в случае если отсутствует гальваническая развязка). Из-за того, что в импульсных БП с ростом частоты повышается эффективность работы трансформатора и в значительной степени снижается требование к сечению сердечника, в них могут применяться гораздо более малогабаритные трансформаторы чем в классических решениях.

В большинстве случаев сердечник трансформатора импульсного вида может быть выполнен из ферримагнитных материалов, в отличии от низкочастотных трансформаторах, в которых используется электротехническая сталь.

Стабилизация напряжения в импульсных блоках питания обеспечивается путём отрицательной обратной связи. Она позволяет поддерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне. Такая связь может быть сконструирована различными способами. В случае наличия в конструкции БП гальванической развязки чаще всего используют способ использования связи посредством одной из выходных обмоток трансформатора или же способ оптрона. Скважность на выходе ШИМ-контроллера зависит от сигнала обратной связи, который, в свою очередь, зависит от выходного напряжения. В том случае, если развязка в БП не предусмотрена, используется обычный резистивный делитель напряжения. Благодаря этому импульсные блоки питания могут поддерживать стабильное выходное напряжение.

Достоинства импульсных БП.

• Значительно меньший вес и габариты (это достигается благодаря тому, что при повышении частоты можно использовать трансформаторы с меньшими габаритами при одинаковой мощности. Большинство линейных стабилизаторов производятся в большинстве своём из мощных низкочастотных силовых трансформаторов и радиаторов, которые работают в линейном режиме;
• Намного более высоким КПД (до 98%). Такой высокий коэффициент полезного действия достигается благодаря тому, что большую часть времени ключевые элементы находятся в устойчивом состоянии (а потери возникают во время включения/выключения ключевых элементов);
• Меньшей стоимостью (это преимущество было достигнуто благодаря повсеместному выпуску унифицированной элементной базы и разработке транзисторов повышенной мощности);
• Надёжностью наравне с линейными стабилизаторами;
• Большим диапазоном входной частоты и напряжения электрической энергии. Благодаря этому один и тот же БП может использоваться в различных странах мира с различными стандартами домашней электрической сети;
• Наличие защиты от непредвиденных ситуаций (короткое замыкание).

Недостатки импульсных БП

• Затруднение ремонта БП вследствие того, что большая часть схемы работает в отсутствии гальванической развязки электросети
• Является источником высокочастотных помех. Этот недостаток выходит из самого принципа работы импульсных БП. Из-за него производителям блоков питания приходится предпринимать меры шумоподавления, которые, в большинстве случаев, не могут полностью устранить данную проблему
• Эффект гармоник кратный трём (при наличии корректоров фактора мощности и фильтров данный недостаток неактуален)

Ошибка в работе системы или нестабильность всего компьютера? Все мы привыкли винить во всём Windows, но часто неважнецкий БП может быть причиной проблемы. Не важно - собираетесь ли вы апгрейдить компьютер или же покупать новый системник - КитГуру поможет Вам в выборе блока питания.

Зачем мне вообще нужен блок питания?

В стенах твоего дома находятся двойные алюминиевые (иногда медные) провода, способные напитать электроэнергией устройства потребляющие более 7000 ватт (7 киловатт). Даже самый мощный и навороченный ПК на сегодня очень редко потребляет более 1 киловатта. Для работы компьютеров нам требуется качественный блок питания, способный конвертировать высокое напряжение из розетки в то низкое, что нужно компьютеру для его (компьютера со всеми компонентами) нормальной работы.

Технологические факторы, влияющие на выбор БП

Выбор БП зависит от того как много комплектующих (и то, сколько они кушают энергии) установлено в ПК. Например - разные видеокарты имеют разное количество и вид коннекторов. Некоторым видяхам достаточно того питания, что они получают через слот PCI-Express, в то время как жадные до питания карты типа Fermi (серия GeForce GTX4xx) помимо питания от PCIe нуждаются в дополнительных 6-и или 8-и пиновых коннекторах питания. Так же стоит учесть, что акустический шум, создаваемый блоком питания может отличаться от модели к модели и этот фактор определённо может повлиять на решение в пользу выбора того или иного БП, ровно как и его термические характеристики.

Некоторые БП обладают уникальными свойствами/фичами (к примеру блок питания Nesteq EECS обладает системой управления кабелями, говоря проще - он модульный и лишние, не нужные в работе конкретного ПК, кабели можно просто отключить) и это так же стоит иметь в виду.

Помимо этого стоит учесть одну вещь - если у Вас имеется недорогой ИБП (источник бесперебойного питания), то перед покупкой убедитесь, что понравившийся Вам блок питания имеет время Hold-up (время в которое система может работать без перезагрузки во время неполадок с питанием, измеряется в миллисекундах) больше, чем время реагирования источника бесперебойного питания.

Я слышал о неких линиях питания, сколько мне их нужно?

Это теперь настоящая маркетинговая война, нежели чем простое отличие внутреннего строения БП.

Существует мнение что БП, работающие с несколькими линиями питания 12V, безопаснее своих собратьев с одной, но большой (мощной), 12V линией, БП с таким устройством чаще используются энтузиастами, отрицающими возможность слабой 12V линии быть перегруженной одним устройством, жадным до электроэнергии.

Говоря на чистоту, дабы избежать недопонимания... Блоки питания High-End-класса от ведущих производителей, которые используют несколько линий 12V - все они созданы таким образом, что каждая такая линия питания превосходит спецификации безопасности ATX.

Те же БП, что с одной очень мощной 12V линией - опасны, потому что люди пытаются вообразить катастрофические события в ходе которых вся электроэнергия поступает на один разъём, кабель в котором само-собой плавится и даже вызывает пожар. Тут обычно приводят пример в котором неисправный компонент не вызывает короткое замыкание. Производители качественных БП внедряют в свои продукты решения, которые позволяют быть уверенными в том, что подобное никогда не случится и именно поэтому столь катастрофические явления очень редки (хотя есть интересная байка о французском журналисте, что попал в госпиталь во время тестирования "БП от известного бренда", в общем история продолжается).

Эффективность: как много энергии расходуется впустую?

Обычно, если в ходе своей работы, БП теряет ~20% потребляемой электроэнергии, он считается эффективным. Совет - ищите стикер "80Plus" на новых БП. И помните - более эффективный блок питания тот, что переводит меньше энергии в тепло, это означает что эффективные БП не только экономят Ваши денежки, но и работают тише. Вот таблица спецификаций 80Plus блоков питания:

Сколько же мощности мне нужно?

Блоки питания разработаны так, чтобы постоянно работать на 50-60 процентов от своей максимальной мощности, а не в режиме полной постоянной загрузки. Заставлять работать БП на его полной мощности продолжительное время означает не только снижение энерго-эффективности его работы, но и повышенный износ устройства. Будьте осторожны, хардкорные любители фолдинга!

Кстати - большинство онлайновых калькуляторов энергопотребления ПК удваивают реальные аппетиты системы. Для примера они увеличивают показатель TPD ваших компонентов, только чтобы обезопасить Вас в будущем.

Неэффективность случается на обеих сторонах шкалы (WTF?!)
Если Вы приобрели слишком крутой БП для своего ПК это негативно скажется на эффективности его (БП) работы. Очень важно выбрать блок питания с правильным количеством ватт.

Продвинутые пользователи ПК могут иметь две или больше графических карт в своих системах, а ПК большинства пользователей куда менее "прожорливы". Вот три типичных сценария:

Цена блока питания может варьировать от 10 фунтов стерлингов до 200, а количество их на рынке огромно, есть из чего выбрать. Выбор так же осложняет тип БП - модульный он или нет, само-собой и на цену это влияет. Модульные - дороже, но не стоит забывать про улучшенный воздушный поток, лёгкость в апгрейде и более шустрое время сбора ПК с таким БП.

Производители качественных блоков питания

На самом деле большинство разных БП сделаны на одних и тех же фабриках. Однако каждый состоит из разных компонентов, обладает собственными фичами, уровнем шума или эффективностью, а так же сроком гарантийного ремонта. Стоит обратить внимание на продукцию (в алфавитном порядке) Antec, BeQuiet, Coolermaster, Corsair, Enermax, FSP, OCZ, Seasonic и Thermaltake.

Что нравится КитГуру?

Если выбирать из БП, мощностью до 600 ватт, мы предпочли бы OCZ XStream и Antec EarthWatts.

От 600 до 775 ватт отличным выбором стали бы Coolermaster (Silent Pro), Thermaltake (Toughpower XT) и Corsair (TX).

Свыше 800 ватт - однозначно BeQuiet, Corsair и Enermax. Для ультра-хай-энд рынка Thermaltake готовит 1500 ваттник, которого хватило бы на много лет вперёд, подобные разработки ведёт и Antec.

Вольный перевод материала с портала КитГуру , все права защищены.

И снова здравствуйте, уважаемые читатели! Поговорим как выбрать блок питания.

Как можно заметить из названия нашей очередной «Сис.Админской » заметки, речь мы сегодня будем вести о блоке питания (далее - БП ). Вы спросите: "почему мы решили посвятить целую статью такому, казалось бы, незначительному элементу персонального компьютера (ПК)?". Отвечаем: - все потому, что далеко не все пользователи (а точнее, меньшинство) уделяют должное внимание здоровому питанию своего "пи-си". А зря!

Думаю, Вы со мной согласитесь, если я скажу, что БП у нас покупают по «остаточному принципу», т.е. что я еще не купил? Ах да - блок питания. Хорошо (сколько там у нас осталось?) - возьму вот этот слева «noname » (неизвестного производителя) на верхней полке. Ведь так, сознайтесь?

Но ведь эта не та вещь, на которой стоит экономить (ибо весь Ваш навороченный ПК может в одну секунду превратиться в груду железок), и сегодня я расскажу почему.

К слову, это продолжение цикла по критериям выбора, т.е статей вроде " ”, " ", " ” и всего такого разного из тега "Критерии выбора".

Поехали.

Что это такое и зачем нужно - вводная

Начнем мы с «золотого» правила выбора/покупки БП, которое гласит: «Скупой, платит дважды!» (а если скупой, еще и тупой, - то трижды:-)). Запомните его, ведь именно хороший блок питания залог стабильной и долговечной работы компьютера. Покупая дешёвую модель, Вы рискуете погореть, прошу заметить, в буквальном смысле.

Для того, чтобы сделать осознанный и правильный выбор, пробежимся по теории (куда же без нее), а затем «ударимся» в практику и поведаем о правилах выбора.

Итак, блок питания, он же «блокушник», он же «бэпэшник (и куча других названий) отвечает за обеспечение стабильного и корректного питания (т.е. характеристики не должны выходить за допустимые пределы при различных нагрузках) . Кроме того, от него зависит надежность и сохранность информации на внутренних накопителях (в случае сбоя электросети, скачков напряжения и тп) и то, сколько времени проработают компоненты Вашего «закадычного» друга.

Всем известно, что компьютер подключается к стандартной электрической розетке, но (не всем известно), что его комплектующие не могут получать энергию напрямую из силовой электросети, по двум причинам.

Во-первых, в сети используется переменный ток, а компьютерным компонентам необходим постоянный. Поэтому одной из задач блока питания является «выпрямление» тока.

Во-вторых, разные компоненты компьютера для работы требуют различного напряжения питания, а некоторым необходимо сразу несколько линий с разным напряжением. Таким образом, БП, в числе много прочего, обеспечивает каждое устройство током с необходимыми параметрами и для этого в нем предусмотрено несколько линий питания (см. изображение).

Основными силовыми цепями являются линии напряжения: +3.3 В, +5 В и +12 В. Причем, чем выше напряжение, тем большая мощность передается по данным цепям. Наиболее мощные потребители энергии, такие как видеокарта, центральный процессор и северный мост, используют линии +5 В и +12 В. На разъемы питания винчестеров и оптических приводов подается напряжение +5 В, для электроники и +12 В для мотора. Отрицательные напряжения питания −5 В и −12 В допускают небольшие токи и довольно часто материнской платой не используются.

Хотите знать и уметь, больше и сами?

Мы предлагаем Вам обучение по направлениям: компьютеры, программы, администрирование, сервера, сети, сайтостроение, SEO и другое. Узнайте подробности сейчас!

Чего нам надо от БП? Основные параметры по выбору

Мы разобрались, что блок питания является единственным источником электроэнергии для всех компонентов ПК, теперь переходим к характеристикам (выдаваемого им тока), от которых напрямую зависит стабильность функционирования всей системы.

Итак, в целом (от оного), нам надо не так уж и много, а именно, чтобы:

• Давал стабильное и точное напряжение на выходах 12 /5 /3.3 вольт. На выходе не абсолютно постоянное напряжение (U ), а постоянное/прерывистое (идеальный вариант когда U - может «гулять» на 0.5 В максимум);
• Имел хорошую систему деления линии 220 В и Вашего ПК (именно плохие системы приводят к копоти на платах)
• Его элементы были выполнены из качественных материалов, ибо частой причиной смерти блока питания являются дешевые конденсаторы с малым сроком службы, плохое охлаждение (и излишний нагрев) компонентов блока питания, а так же отсутствие предохранителей и прочих важных штук

При не соблюдении вышесказанных причин и потребностей, многие дешевые и средние блоки питания "вываливают" за штатные значения на 2 вольта и это при нагрузке всего 70 % номинала! Это может приводить к непонятным перегрузкам компьютера "ни с того, ни с сего", зависаниям, посреди ответственной работы, а так же, скажем, к частичной нестабильности устройств (монитор гаснет).

Что говорят пользователи при этом?
Естественно, винят не свой выбор и экономию, а то, что "Кривая WиндоZ" или "Билл Гейтс Ко3.." (c), хотя ни одно, ни другое этому не причина.

Впрочем, мы немного отвлеклись от темы, а между тем уже рассмотрели основные «электрические» параметры, хотя есть еще и много технических.

Давайте с ними разбираться.

Характеристики блока питания - мощность

Итак, основной характеристикой БП является его мощность. Она должна быть, по меньшей мере, равна суммарной мощности, которую потребляют комплектующие ПК при максимальной вычислительной нагрузке, а при нормальном выборе, т.е при адекватном покупателе, хорошо, если она превышает этот показатель на 100 Вт и более. В противном случае компьютер может выключаться в моменты пиковой нагрузки, перезагружаться или, что гораздо хуже, блок питания сгорит, а если, сгорая, подаст (на материнку, винчестеры, DVD±RW) высокое напряжение, то в «мир иной» он отойдет не один, а обязательно в дружной кампании этих устройств (частая практика).

Вы можете самостоятельно сделать ориентировочные расчеты мощности, которая необходима для питания Вашего компьютера. Каждый компонент системы потребляет какое-то количество энергии, сложив значения энергопотребления для всех комплектующих внутри корпуса ПК, и добавив 20 % про запас, Вы получите желаемую мощность блока питания. Кроме того, в Интернете можно найти специальные "программы-калькуляторы", для расчетов такого рода.

Одна из таких программ - , бесплатная, русскоязычная и вполне адекватная:-)

Как уже говорилось и Вы сами поняли, этот калькулятор позволяет рассчитать мощность блока питания для ПК любой конфигурации. Интерфейс программы прост и понятен, поэтому Вы без труда разберетесь в ней и рассчитаете необходимую мощность.

КПД. Коэффициент полезного действия

Высокая мощность, сама по себе не гарантирует качественной работы. Помимо нее, имеют значение и другие параметры, например – КПД. Этот показатель говорит о том, какая доля потребляемой блоком питания энергии из электрической сети достается комплектующим компьютера. Чем выше КПД, тем меньше греется блок питания (и нет необходимости усиленного охлаждения с помощью шумного вентилятора), т.е. более эффективно преобразует энергию из электрической розетки в заявленные ватты и, конечно, тем меньше расходует энергии впустую, на обогрев. К примеру, если оный составляет 60 %, то 40 % энергии витает у Вас по помещению (ловите ее:-)).

«КПД"шность» блока питания оценивается своей системой медалей - стандарт «80 PLUS ».

Этот стандарт подразумевает несколько уровней эффективности: Platinum , Gold , Silver и Bronze , и спецификации каждого из них, имеют собственный набор требований. Разумеется, блоки питания «80 PLUS Platinum » или «80 PLUS Gold » будут более эффективными (КПД 90 % и выше), чем их обычные собратья, но они и стоят дороже. Поэтому здесь лучше воспользоваться правилом - выбирайте модель с сертификацией «80 PLUS », а уровень «медали» подбирайте, исходя из вашего бюджета (но не ниже бронзы).

Кроме всего прочего, информация по всем модулям стандарта «80 PLUS », доступна на сайте организации . Производители сертифицируют по нему заведомо качественные модели, поскольку блоки питания с дешёвой схемотехникой просто не пройдут по критериям. Именно по этой причине данный сертификат является дополнительной гарантией качества, т.е ищите БП с ним.

Power Factor Correction

Значительно поднять КПД («бэпэшника») позволяет модуль PFC , что по-русски означает «коррекция фактора мощности». Модуль PFC - специальный элемент, предназначенный для коррекции коэффициента мощности и направленный на защиту сети. PFC условно делится на активный (Active) и пассивный (Passive).

Рекомендуем покупать блоки питания с PFC (они позволяют добиться высокого уровня КПД - до 95 %), причем активным (Active), ибо APFC , дополнительно выравнивает входное напряжение, что в свою очередь позволяет стабильно работать всем устройствам, выводящим аналоговый сигнал из компьютера.

Заметим, что модели с APFC немного дороже, чем их «пассивные собратья», но разница в эффективности, позже отразится в Ваших счетах за электроэнергию.

Максимальная сила тока на отдельных линиях

Общая мощность блока питания складывается из мощностей, которые он может обеспечить на отдельных линиях питания. Если нагрузка на одну из них превысит допустимый предел, то система потеряет стабильность, даже если суммарная потребляемая мощность будет далека от номинала. Всего (как Вы уже знаете) существуют три линии 12В ; 5В и 3.3В ; чуть подробнее о них.

12 -вольт подается, прежде всего, на мощные потребители электроэнергии – видеокарту и центральный процессор. Блок питания должен обеспечивать на этой линии как можно большую мощность. Для питания высокопроизводительных видеокарт используются две 12 -вольтовые линии. Линии с напряжением 5 В снабжают питанием материнскую плату, жесткие диски и оптические приводы ПК. Линии на 3.3 В, идут только на материнскую плату и обеспечивают питанием оперативную память.

Также стоит сказать, что нагрузка на линии в современных системах, как правило, неравномерна и здесь стоит учитывать, что «тяжелее» всех приходится 12 -вольтовому каналу, особенно в конфигурациях с мощными видеокартами, однако про линии 5В /3.3В также забывать не стоит, их суммарный ток не должен превышать 30 % от общего тока блока питания.

Габариты

При указании габаритов БП производители, как правило, ограничиваются обозначением форм-фактора, который должен отвечать стандарту ATX 2.X . Смотрите это на самом блоке питания (стрелка 1 на изображении) или на прилагающейся к нему документации. Также при покупке советуем сравнивать его габариты с размерами «посадочного места» . Обратите внимание, если на корпусе стоит надпись «noise killer » (стрелка 2 на изображении), то вентилятор вращается по возможности медленно, что снижает уровень звука. Скорость же вращения регулируется специальным температурным датчиком.

Старый блок питания (стандарт АТ ), который включает и выключает компьютер при помощи обычного сетевого выключателя, далеко не самый лучший вариант. Сейчас его покупку можно оправдать только тем, что у вас дома «древняя» машина, в которую физически нельзя вставить более современный модуль.

Лучше выбирать АТХ -устройство, которое работает только после команды материнской платы. Такая технология дает возможность убрать из блока высоковольтный провод и улучшить безопасность. Даже если блок АТХ сгорит, вероятность, что пострадает что-то еще, намного ниже. В свою очередь АТХ стандарт насчитывает несколько разных модификаций. Версия АТХ 2.03 , выпускается для мощных компьютеров с большим потреблением энергии.

Система Cable-managment. Все о «проводах»

Это название объединяет способ подключения кабелей к блоку питания. Суть технологии в том, что к модулю подключаются только нужные кабели, идущие в комплекте поставки.

Например, блок обладает множеством кабелей, которые позволяют подключить, скажем, от 3 до 5 жестких дисков, до 2 -3 видеокарт и т.п. Но ведь обычно в компьютере установлено максимум три винчестера и одна видеокарта. В этом случае получается, что все эти неиспользуемые кабели просто висят в системном блоке и только мешают охлаждению, т.к. затрудняют циркуляцию воздуха.

Технология модульного подключения кабелей позволяет, по мере необходимости, подключать только нужные в данный момент кабели, а ненужные оставлять «вне». У таких модулей несъемными являются только основные кабели, например, для питания системной платы, процессора и один кабель для дополнительного питания видеокарты.

БП должен не только обеспечивать необходимую мощность, но и правильно подводить напряжение ко всем компонентам, а для этого нужны соответствующие разъемы.

Например, должно быть хотя бы не меньше шести штук (хотя можно расширять спец.разветвителем, но его надо покупать). В компьютере с двумя жесткими дисками и парой оптических приводов уже задействованы четыре таких разъема, а к Molex могут подключаться и другие устройства – например, корпусные вентиляторы и «древние» видеокарты с интерфейсом AGP. Длина кабелей питания должна быть достаточной для того, чтобы они могли дотянуться до всех необходимых разъемов. Еще одна немаловажная дополнительная опция, наличие которой крайне желательно, – оплетка у кабеля.

Она, во-первых, существенно упрощает монтаж компьютера и подключение новых устройств, а во-вторых, позволяет избежать зажимов и переломов кабелей вследствие их запутывания.

Охлаждение и шум

Во время работы, компоненты блока питания сильно нагреваются и требуют усиленного охлаждения. Для этого используются вентиляторы (встроенные в его корпус) и радиаторы. Большинство используют один вентилятор размера 80 или 120 мм (которые работают довольно шумно), причем, чем выше мощность БП, тем более интенсивный поток воздуха требуется для того, чтобы его охладить. Для снижения уровня шума в качественных системах используются схемы контроля скорости вращения вентиляторов в соответствии с температурой внутри модуля блока.

Некоторые модели позволяют пользователю самому определять скорость вращения вентилятора с помощью регулятора на задней стенке, также есть модели, которые продолжают «прокачивать» воздух спустя некоторое время после выключения компьютера. Благодаря этому, компоненты компьютера быстрее остывают после работы.

Безопасность

Качественные блоки питания оснащаются различными системами для защиты от скачков напряжения, перегрузки, перегрева и короткого замыкания. Эти функции защищают не только блок питания, но и другие компоненты компьютера.

Заметим, что наличие таких систем в блоке питания не исключает необходимости использования источников бесперебойного питания и сетевых фильтров.

Время наработки на отказ

Как правило, гарантия в N -ое количество часов работы – один из признаков качественного изделия. Да, такие модели стоят несколько дороже, но зато производитель определяет гарантированное время работы устройства. Оптимальным вариантом здесь является срок 3 -5 лет. Информация об этом содержится в руководстве по эксплуатации, а так же продублирована на упаковке.

Производитель и вес

При покупке любой хорошей вещи, мы обязательно смотрим на бренд/производителя, - БП здесь не исключение. В моих глазах лучше всего себя зарекомендовала компания Chieftech (модель Chieftec или её старший вариант Chieftec - божественны, знаю на собственном опыте и опыте сотен друзей). Возможно стоит обратить внимание на: InWin, Seasonic, FSP, Zalman и др, поэтому присмотритесь к ним повнимательней. Покупать noname не рекомендуется настоятельно и бесповоротно.

Также стоит знать, что качественный блок питания должен весить в среднем от 2 до 2.5 кг (так что смело можете брать с собой весы и измерять его вес). Не берите легкий как «пушинку», ибо есть вероятность, что производитель сэкономил на начинке (трансформаторах, радиаторе и т.п.).

Чтобы хоть как-то поощрить Вас за то, что Вы сами захотели разобраться во всех тонкостях такого непростого устройства и перевалили уже за добрую половину статьи, расскажу еще об одной полезной фишке (на которую стоит обратить внимание), о которой мало кто знает.

Все модели, продаваемые на зарубежном и российском рынке, должны иметь сертификацию Underwriters Laboratories ), в виде номера UL . Блоки питания проходят сертификацию в лабораториях UL , после чего им присваивается номер. Самое интересное, что этот номер всегда указывает на реального производителя, независимо от того, под какой маркой продаётся последний. И в онлайн базе UL Вы всегда можете найти по номеру производителя и посмотреть параметры блока питания. Чтобы найти номер UL , вскрывать сам модуль не потребуется. Как правило, этот номер находится под логотипом UL и начинается с буквы E .

Когда Вы обнаружите номер UL на этикетке, дело за малым: нужно обратиться к и ввести номер в пункте «UL File Number ». Затем нужно нажать клавишу «Search » и все.

Вы получите информацию о производителе, а также ссылку на документ, в котором приведены основные характеристики блока питания, включая максимальную нагрузку по линиям. Отсутствие номера UL говорит о сомнительном качестве продукта. Такие блоки питания брать не следует.

Практика выбора блока питания. Читаем этикетку.

В целом, с теорией покончено(:-)), теперь пару слов о практике..

Вот Вы пришли в салон-магазин и хотите сами выбрать качественный блок питания. На что следует обратить внимание и что делать?

Ну, самое главное, что Вы должны сделать, - это включить свою голову и вспомнить все, что Вам уже известно. Также, не стоит спрашивать советы продавца-консультанта (как правило, только вчера заступившего на должность), а лучше взять в руки девайс, повертеть и найти его "технический паспорт" (который, кстати говоря, присутствует на каждом блоке питания) в виде вот такой наклейки.

Итак, разбираемся с оной (наклейкой).

Как выбрать блок питания - нюансы по этикетке - шаги

Основным параметром на ней является так называемая Com­bined Power/Combined Wattage . Это предельная суммарная мощность по всем существующим линиям питания. Кроме того, имеет значение предельная мощность и по отдельным линиям. Если на какой-то линии для того, чтобы «прокормить» подключенные к ней устройства, не хватает мощности, то эти компоненты могут работать нестабильно, даже если общей мощности вполне достаточно.

Как правило, не на всех блоках питания указывается предельная мощность по отдельным линиям, но на всех обозначена сила тока. С помощью этого параметра легко рассчитать мощность: для этого надо умножить силу тока на напряжение в соответствующей линии.

Мощность блока питания можно вычислить, сложив мощности на его отдельных линиях (стрелка 1, на изображении). Они, в свою очередь, определяются путем умножения напряжения на соответствующей линии на предельную силу тока на ней (стрелка 2, на изображении).

Шаг второй .
Вспоминаем про номер UL (на наклейке) и ищем достоверные сведения о производителе.

Шаг третий .
Ищем надпись соответствия стандарту «80 PLUS » и определяем КПД.

Шаг четвертый .
Оцениваем вес, опытным (весы) или «ручным»(:-)) способом.

Собственно, на этом визуальный осмотр закончен (этикетка изучена), необходимые параметры выявлены - можем смело брать наш будущий блок питания.

Итак, купить - купили, но теперь же еще надо и правильно подключить. В этом нет ничего сложного и Вы сами сможете это прекрасно сделать, предварительно познакомившись с «топологией» разъемов (т.е. что/куда подключать). А чтобы было проще постичь сие, Вам помогут следующие условные схемы.

• Кабель с таким разъемом подключается к материнской плате. В зависимости от типа платы он оснащен 20 или 24 контактами;
• Современные процессоры, как правило, требуют дополнительного питания. Для этого предназначен отдельный кабель от БП;
• Мощные видеокарты также требуют дополнительного питания. Для этого используется один или два разъема с 6 или 8 контактами;
• Дисковые устройства с интерфейсом IDE и корпусные вентиляторы подключаются к блоку питания 4 -контактными разъемами типа Molex ;
• Жесткие диски и оптические приводы с интерфейсом SATA для получения питания используют разъемы другого типа

Вот и всё, с подключением разобрались.
Видите, не так уж это и сложно, если знаешь топологию разъемов и основные правила подключения, а Вы их теперь знаете.

Итак, загибайте пальцы, теперь Вы можете не только подобрать «правильный» БП, но и подключить его, а следовательно, и вдохнуть жизнь в свои «железяки»(:-)).

Таким образом, Вы перешли с уровня «у кого бы спросить и надо ли вызывать специалиста?» на качественно новый уровень «зачем! я и сам все сделаю». Примите мои поздравления!

И в конце, подытожу все, что тут было сказано (а было сказано тут немало, уж поверьте), чтобы у Вас все окончательно разместилось по полочкам. Итак, при покупке БП, Вы всегда должны помнить, что:

• Достаточная мощность. Выбирайте блок питания с запасом по мощности (на 10 -30 % больше суммарного потребления всех компонентов);
• Кпд не менее 80-85 %;
• Достаточная мощность по линиям 12 В, для мощных потребителей;
• Соотношение мощности линий +5 В +3.3 В к общей мощности не должно быть больше, чем 3 к 10 (30% );
• Сертификация "80 PLUS ", желательно выше Bronze ;
• Активный модуль PFC (Power Factor Correction);
• Соответствие стандарту ATX 2.X. ;
• Система Cable-managment - модульное подключение кабелей;
• Система защиты от скачков напряжения;
• Известный производитель (Cooler Master , Enermax , Chieftec , FSP , OCZ , Zalman );
• Большой вес;
• Хорошее охлаждение.

Следуйте этим простым советам и Вам не понадобится огнетушитель:-)

Где лучше всего купить блок питания?

• , - для тех, кто не боится покупать за рубежом и экономить деньги. Есть много , несколько популярных марок, да и вцелом приятный магазин, где идут постоянные и прочее;
• , - пожалуй, лучший выбор с точки зрения соотношения цена-качество SSD (и не только). Вполне внятные цены, хотя ассортимент не всегда идеален с точки зрения разнообразия. Ключевое преимущество, - гарантия, которая действительно позволяет в течении 14 дней поменять товар без всяких вопросов, а уж в случае гарантийных проблем магазин встанет на Вашу сторону и поможет решить любые проблемы. Автор сайта пользуется им уже лет 10 минимум (еще со времен, когда они были частью Ultra Electoronics ), чего и Вам советует;
• , - один из старейших магазинов на рынке, как компания существует где-то порядка 20 лет. Приличный выбор, средние цены и один из самых удобных сайтов. В общем и целом приятно работать.

Выбор, традиционно, за Вами. Конечно, всякие там Яндекс.Маркет "ы никто не отменял, но из хороших магазинов я бы рекомендовал именно эти, а не какие-нибудь там и прочие крупные сети (которые зачастую не просто дороги, но ущербны в плане качества обслуживания, работы гарантийки и пр).

Послесловие

На этом все! Надеюсь Вы много чего узнали (а кто знал, - вспомнил) из данного материала и теперь выбор и покупка «правильного» блока питания не вызовет у Вас ни малейшей сложности, более того, теперь Вы станете «гуру» по оным вопросам, для большинства своих собратьев по «железкам»:-).

До новых встреч, оставайтесь на ИТ-волне «Заметки.Сисадмина », не переключайтесь! ;)

Если у Вас есть вопросы, дополнения, и прочие разности, то комментарии к Вашим услугам.

PS : За существование данной статьи спасибо члену команды 25 КАДР

Многие пользователи, которые пытаются разобраться в устройстве своего ПК, не понимают, что такое БП в компьютере. А между тем, это один из самых важных элементов в системе, без которого вообще ни одно комплектующее работать не будет. Давайте разберемся, что собой представляют блоки питания, определим их устройство, виды, плюсы и минусы.

Определение

Что такое БП в компьютере? Если сказать коротко, это - устройство для преобразования сетевого переменного напряжения в постоянное для питания всех комплектующих в системном блоке. В частности, блок питания подает напряжение на компоненты: видеокарту, оперативную память, жесткий диск, сетевую карту, процессор, подключенные периферийные устройства. Если все эти комплектующие подключить напрямую к сети 220 В, то они просто сгорят. Комплектующие для работы требуют наличия напряжения 12 или 24 В (в основном), и задача блока питания - дать требуемое напряжение.

Также есть и другая задача этого элемента - защищать комплектующие компьютера от возможных перепадов напряжения. По сути, это устройство изменения сетевого напряжения, которое выглядит как небольшая черная коробка с вентилятором. Она устанавливается в системный блок, и именно в нее входит сетевой кабель.

Требуемое напряжение

Питание БП компьютера осуществляется от сети с напряжением 220 В. Но в разных странах напряжение тока и его частота в сети могут различаться. Например, в России и в большинстве европейских стран напряжение в сети составляет 220/230 В при частоте 50 Гц. Однако в США напряжение в сети равно 120 В при частоте 60 Гц. Австралия в этом плане тоже отличается - там напряжение равно 240 В/50 Гц. Следовательно, при создании блока питания учитывают параметры сети той страны, в которую планируются поставки. То есть, если привезти в Россию блок питания, купленный в США, то он, вероятнее всего, работать не будет.

Есть также универсальные блоки питания со специальным регулятором напряжения. То есть на блоке можно выставить значение напряжения в сети, и прибор самостоятельно будет адаптирован к нему.

Если компьютер не включается при нажатии на кнопку включения, то в первую очередь причину нужно искать именно в блоке и при необходимости заменять его. К сожалению, недорогие модели, которыми сегодня завален рынок России, ломаются слишком часто.

Мощность БП компьютера

Сегодня есть много разных блоков, которые способны выдавать мощность в огромном диапазоне. В современных ноутбуках мощность может варьироваться в диапазоне 25-100 Вт. Что касается персональных компьютеров, то здесь в зависимости от энергопотребления комплектующих можно использовать БП на 2000 Вт.

Среди пользователей ходят слухи, что чем мощнее будет блок, тем лучше, хотя на самом деле это не совсем так. Не каждому пользователю нужно столь мощное и дорогое устройство. Если рассудить, то приобретение дорогого и мощного БП для слабого компьютера - это бесполезная трата денег не только при покупке самого агрегата, но и при эксплуатации, так как он будет потреблять много лишней электроэнергии.

Впрочем, на сегодняшний день на полках магазинов в основном представлены устройства на 400-500 Вт. Мощности таких комплектующих вполне достаточно для обеспечения питанием стандартного компьютера с хорошим "железом". Но стабильную работу мощного игрового компьютера они обеспечить не способны.

Виды и различия БП

Теперь, когда мы понимаем, что такое БП в компьютере, можно поговорить про их виды и отличительные особенности. Сегодня существуют импульсные и трансформаторные блоки. Каждый вид имеет свои достоинства и недостатки, которые необходимо рассмотреть подробнее.

Трансформаторные

Это самый распространенный вид, который продается чаще всего. В большинстве современных системах практически не используется подобное устройство БП компьютера, которое представлено следующими элементами:

1. Трансформатор.
2. Выпрямитель.
3. Сетевой фильтр.

Один из таких блоков показан на фото ниже.

Принцип работы

Принцип работы такого устройства относительно прост: через первичную обмотку трансформатор принимает на себя напряжение сети. Затем с помощью выпрямителя переменный разнонаправленный ток преобразовывается в постоянный и однонаправленный. При этом может использоваться разные выпрямители: одно- или двухполупериодный. В любом случае применяются диодные мосты, которые состоят из:

1. Двух диодов - в первом типе.
2. Четырех диодов - во втором типе.

Применение двух элементов в выпрямителе характерно для БК с удвоенным напряжением либо в трехфазных устройствах.

Сетевой фильтр в устройстве БП компьютера - это обычный конденсатор с большой емкостью. Он сглаживает пульсации тока, из-за чего на комплектующие подается относительно чистый и равномерный ток.

Также вместо обычных трансформаторов внутри таких блоков могут использоваться автоматические устройства.

Работа трансформаторных БП

Чтобы детальнее понять, что такое БП в компьютере и как они работают, нужно иметь хотя бы начальные знания законов электротехники. Габариты блоков питания трансформаторного типа напрямую зависят от габаритов используемых внутри трансформаторов. Размеры устройств высчитываются по формуле:

В этой формуле:

1. N - число витков на 1 В напряжения;
2. f - частота тока (переменного);
3. B - образующаяся в магнитопроводе индукция магнитного поля;
4. S - площадь сечения магнитопровода.

Следовательно, чем будет больше витков и сечение провода, тем и трансформатор будет больше. Это влечет за собой увеличение габаритов самого блока. Однако если сечение провода уменьшить, то придется увеличить количество витков (N), что не удастся в компактных трансформаторах. Если трансформатор является маломощным, то много витков с малым сечением не повлияет на работу самого блока питания, так как сила тока в подобных устройствах будет низкой. Однако при повышением мощности ток будет расти, что приведет к рассеиванию тепловой мощности.

Следовательно, трансформаторные блоки питания с частотой работы 50 Гц могут быть только большими и тяжелыми. Подобные устройства непрактично использовать в современных компьютерах в силу их веса и габаритов, а также низкого КПД.

Однако есть и положительные стороны: надежность и простота, удобство ремонта (все элементы легко заменить в случае поломки), отсутствие радиопомех.

Импульсные блоки питания

В этих устройствах используются иные конструкторские решения, позволяющие увеличить частоту тока. Ниже представлен классический БП подобного типа.

Работает подобный блок питания следующим образом:

1. Переменный ток из сети поступает в устройство, выпрямляется и становится постоянным.
2. Постоянный ток конвертируется в частотные импульсы.
3. Эти импульсы поступают на трансформатор. Если предусмотрена гальваническая развязка, то прямоугольные импульсы поступают на выходной ФНЧ.

Отметим, что есть кардинальные отличия между этими двумя типами БП. В частности импульсные отличаются следующими особенностями:

1. При повышение частоты тока возрастает КПД трансформатора.
2. Требования к сечению сердечника минимальные.
3. Возможность создания компактных и легких блоков питания за счет установки эффективных и небольших трансформаторов.
4. Применение отрицательной обратной связи дает возможность стабилизировать выходное напряжение, что положительно повлияет на стабильность работы всех комплектующих и системы в целом.

Достоинства импульсных блоков питания

1. Высокий КПД, который достигает 92-98%.
2. Малый вес и габариты.
3. Надежность.
4. Возможность работы в широком частотном диапазоне. Один и тот же импульсный блок способен работать в разных странах мира.
5. Защита от короткого замыкания.
6. Низкая стоимость.

1. Плохая ремонтопригодность. Если обычный трансформаторный блок легко отремонтировать, заменив практически любой элемент на плате, то с импульсным устройством все сложнее. Поэтому переделка БП компьютера импульсного типа считается сложной задачей. Ремонт в мастерской может обойтись дорого.
2. Излучение высокочастотных помех.

Теперь мы выяснили, что такое БП в компьютере и как они работают. На данный момент на рынке продаются в основном импульсные приборы, а трансформаторные практически отсутствуют.

Как проверить БП компьютера?

Если компьютер не включается, то проблема может заключаться именно в БП. Для проверки устройства нам понадобится мультиметр. Итак, перед тем, как проверить БП компьютера на работоспособность, необходимо отключить все комплектующие и сам БП. Затем берем обычную скрепку, распрямляем ее в форме U. Берем коннектор на 20/24 пина (самый большой) и с помощью нашей скрепки замыкаем черный и зеленый контакты. Учитывая, что пальцы будут касаться металла, нужно убедиться, что блок питания отключен от розетки.

Теперь опускаем скрепку и включаем БП в розетку. Если вентилятор начал вращаться при включении устройства, то значит, что оно рабочее.

Теперь необходимо замерить напряжение на разъемах. В зависимости от модели блока питания напряжение на разъемах может немного отличаться. Поэтому в инструкции (или в интернете) необходимо найти информацию о том, какие параметры напряжения должны быть на разных разъемах и замерить их мультиметром. Если параметры отличаются от нормальных, то значит, что с БП что-то не так.

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:

1. фильтр ЭМП - электромагнитных помех (RFI filter);
2. первичная цепь - входной выпрямитель (rectifier), ключевые транзисторы (switcher), создающие переменный ток высокой частоты на первичной обмотке трансформатора;
3. основной трансформатор;
4. 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.

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.

⇡ 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.