Входной фильтр блока питания компьютера. Ремонт блока питания компьютера своими руками

Объясняем просто

Читатель может не переживать: это интересно и не скучно. Мы в простых словах объясним, как устроено питание компьютера, а потом на конкретных примерах рассмотрим технические вопросы. Мы объясним, как настраивать энергоэффективность и следить за потерями мощности. И, далее, сделаем несколько замечаний касательно безопасности, которые следует учесть перед тем, как переходить от теории к практике.

Примеры из практики

Большой размер против компактного, энергоэффективность против производительности; мы протестируем три компьютера с различной архитектурой энергоснабжения, подсчитаем, сколько мощности они расходуют и, наконец, подытожим, какого типа блок питания лучше использовать для получения лучших результатов по соотношению энергопотребления и производительности.

Немного о частоте

Помните старые ламповые радиоприёмники, которые были в ходу давным-давно? Так вот: их большой вес объяснялся не только использованием деревянного каркаса. Свою роль играл и тяжелый, массивный трансформатор; он, как ни странно, имеет прямое отношение к нашей теме.

Именно в этих устройствах был применён инженерный трюк, который позже станет неотъемлемой частью любого современного источника питания. Для преобразования высоких значений переменного тока в низкие и достижения гальванического разделения протекающего тока там применялись трансформаторы, сделанные из железных пластин.

Если обычный трансформатор на 50 Гц будет сравнительно большого размера, то так называемые выходные трансформаторы, которые могут работать с переменным напряжением с частотой от 100 Гц до 16 кГц куда меньше, и при этом имеют такую же мощность. Чем сильнее частотная характеристика будет урезана снизу, тем более мощным можно сделать трансформатор при сохранении прежних размеров. Впоследствии, с изобретением таких новых компонентов, как электровакуумный диод и, позднее, применения полупроводников, их преимущества стали использоваться и в других областях, открывая новые возможности.

Что это значит применительно к моему ПК?

Высокое энергопотребление современных компьютеров диктует более высокие требования к блокам питания, так что обычные трансформаторы их уже не удовлетворяют. Они были бы слишком большими и неудобными. Вместо этого сейчас используются импульсные источники питания, в которых применяется тот же "трюк" с частотой, как на старых радиолампах. Они выполняют работу по максимально эффективному обеспечению оборудования электроэнергией. Аналоговые решения не подходят для современной техники. Вместо этого сегодня применяются транзисторы, которые преобразуют частоту напряжения в сети, что позволяет нам использовать трансформаторы меньшего размера. Именно в этой технологии корни названия "импульсный блок питания" ("switching power supply"). Далее мы подробно рассмотрим, как это всё работает. Не беспокойтесь: это проще, чем вы думаете.

Что внутри и как оно работает?

Преобразование напряжения в импульсном источнике питания включает в себя несколько шагов. Фильтр основного напряжения отвечает за пики напряжения, гармоники и помехи, возникающие в сети. На втором этапе переменный ток выпрямляется и стабилизируется. Сейчас мы имеем дело с напряжением 350 В, которое потом через инвертор трансформируется в переменное напряжение с частотой от 35 до 50 кГц. Современные компактные трансформаторы работают именно с такой частотой.

Системе требуются разные напряжения: 3,3, 5 и 12 В, поэтому у простых блоков питания может использоваться одна выходная обмотка с отводами для напряжений с разным количеством витков, или отдельные обмотки для каждого напряжения. Блоки питания высшей ценовой категории имеют отдельные трансформаторы для разных рабочих напряжений, которые затем снова выпрямляются и стабилизируются. Важно, чтобы эти напряжения оставались постоянными. Вне зависимости от степени потребления энергии системы, напряжение не должно отклоняться больше, чем на 5 процентов. В блоки питания для этого встраивается специальный контур регулирования. По этой же причине импульсный источник питания всегда находится в работе: в противном случае вам грозит перепад напряжения.

Это подводит нас к следующей теме: эффективность. Когда вы смотрите на новую машину, логично спросить у продавца: "Ну, и какой у неё расход бензина на 100 км?" Что касается ПК, то они не расходуют топлива, однако вопрос эффективности актуален и для них. Это, кстати, одна из распространённых ошибок у людей, которые сами собирают свои компьютеры: увеличенное энергопотребление приводит к серьёзному увеличению итоговой стоимости оборудования. Хотите убедиться, что вы не сделаете эту ошибку? Читайте дальше.

Эффективность, эффективность, эффективность!

Сколько нужно и сколько затрачивается?

Немного перефразируем этот вопрос. Как правило, мы называем эффективностью соотношение количества потребляемой и реально тратящейся энергии. Для повышения эффективности, таким образом, нужно, чтобы блок питания с пользой передавал максимальное количество энергии, которую он берёт от сети.

Это так, но нам бы хотелось развеять одно распространённое заблуждение касательно эффективности. Если мы используем блок питания мощностью 500 Вт, КПД которого 75 %, то это не означает, что питание ПК составит 375 Вт. Наоборот: питание компьютера будет по-прежнему 500 Вт, однако потребление энергии составит 666 Вт. Таким образом, правильная формулировка нашего вопроса будет такой: "Сколько энергии тратится для того, чтобы обеспечить компьютер заявленной мощностью?"

Пример:

Предположим, что наш ПК требует 600 Вт электроэнергии. Эффективность блока питания составляет 80 %. Вот что мы получим в этом случае:

600 Вт / 0,80 = 750 Вт

Теоретически, для питания компьютера в этом случае тратится 750 Вт, 150 Вт из которых тратится впустую (как правило, рассеивается в виде тепла).

Даже потери не постоянны

Подсчёты из нашего примера будут актуальны только в идеальной ситуации и поскольку мы не располагаем супер-эффективными технологиями, как в Star Trek, вещи работают далеко не так, как это заявляется. Компьютер работает в различных режимах, от режима простоя до полной нагрузки, плюс множество промежуточных вариантов. Очевидно, что при работе в режиме простоя будет расходоваться минимальное количество энергии, а в режиме полной нагрузки (обработка 3D-графики, сложные вычисления) - максимальное. Таким образом, вряд ли мы столкнёмся с постоянными показателями потребления энергии. Нам придётся работать как минимум с двумя схемами (режим простоя и режим полной нагрузки). Теперь давайте посмотрим на эффективность нашего гипотетического блока питания на 600 Вт в разных режимах.

Картина немного усложняется. Если посмотреть на кривую, то самая высокая эффективность достигается при уровне 50% от возможной суммарной нагрузки.

Наблюдательный читатель может предположить, что решить эту проблему можно, просто используя вдвое более мощный блок питания. Это, в принципе, верно, однако мы забываем про одну вещь, а именно - режим простоя. В этом плане у современных блоков питания начинаются проблемы. При сокращении нагрузки до 20% их эффективность падает до 60 или даже 50%. И, как ни странно, ситуация выглядит только хуже с использованием энергосберегающих механизмов, которые реализованы в современных компьютерах. Так, например, мощная система с хорошей видеокартой, которая тратит в режиме полной нагрузки 600 Вт, в режиме простоя будет обходится всего лишь в 65 Вт. Ясно, что нельзя перегружать блок питания, однако не очень оправдано и "недогружать" его.

Пример:

Итак, предположим, что наш блок питания на 600 Вт поставляет компьютеру 65 Вт мощности. Какова будет нагрузка?

(100% / 600 Вт) * 65 Вт = 10,83%

Теперь посмотрим на график, и станет понятно, что не всё так уж хорошо. После этого повторим наши расчеты, на сей раз - предполагая, что эффективность составит 68 %.

65 Вт / 0,68 = 96,6 Вт

Несмотря на то, что система действительно тратит только 65 Вт, блок питания всё равно ест 100 Вт и переводит остатки в тепло. Причём это - расчёт для более эффективного из двух наших гипотетических блоков питания. Ясно, что в перспективе долгого использования такое устройство приведёт к неприятным дополнительным затратам.

Впрочем, это всё же гипотетический пример. Дальше мы собираемся говорить о том, что будет происходить в реальной практике. Как выяснилось, мы легко можем проследить воздействие эффективности. Мы собираемся, помимо прочего, доказать, что дешёвые блоки питания в перспективе долгосрочного использования оказываются дороже, чем это можно предположить.

Немного о мощности

Не беспокойтесь, для понимания, как это работает, вам не потребуются университетские знания физики. Мы просто объясним, чем отличается хороший блок питания от плохого. Если вы знаете основные принципы работы, то вряд ли совершите неудачную покупку. Итак, идём дальше.

Реактивный ток и реактивная мощность

Одна из важных проблем, касающихся энергопотребления при использовании импульсных источников питания - это "реактивный" ток, вызванный индуктивностью. Обратите внимание, что потребляемая мощность в режиме ожидания не имеет ничего общего с режимом простоя. Кроме того, нагрузка в этом случае никак не пересекается с энергопотреблением при полной нагрузке, однако использует те же компоненты. Реактивную мощность нужно существенно снижать (в лучшем случае её вообще быть не должно), чтобы она не приводила к потере энергии на сопротивлении, которая будет выделяться в виде тепла. Подобное бесполезное потребление энергия должна уменьшаться практически до нуля внутренними цепями импульсных блоков питания.

Эффективная мощность и полная мощность

Эффективная мощность противоположна реактивной в том, что она отражает реальное энергопотребление. Полная мощность представляет собой сумму активной и реактивной мощностей.

Коэффициент мощности

Этот показатель высчитывается как отношение между эффективной мощностью и полной мощностью и находится в промежутке между 0 (худший результат) и 1 (идеальный результат). Итак, при покупке блока питания вам нужно убедиться, что у него высокий коэффициент мощности: это один из ключевых показателей качества для блоков питания.

Active PFC

Active Power Factor Correction (PFC) означает активную коррекцию коэффициента мощности. Коэффициент мощность является важной характеристикой для блока питания, поскольку он отражает соотношение между активной и полной мощностями.

Преимущества:

• Идеальной можно считать активную мощность около 99%;
• Высокая эффективность (при низких нагрузках уже меньше);
• Очень стабильная подача питания;
• Меньшее энергопотребление;
• Меньшее тепловыделение;
• Меньший вес.

Недостатки:

• Стоит дороже;
• Большая вероятность выхода из строя.

Passive PFC

С помощью пассивной коррекции коэффициента мощности реактивные токи можно снижать, используя крупные катушки индуктивности. Подобный способ проще и дешевле, но он не самый эффективный.

Преимущества:

• Стоит дешевле;
• Отсутствие электромагнитных помех.

Недостатки:

• Требуется лучшее охлаждение;
• Не подходит для высоких нагрузок;
• Высокое энергопотребление (потери энергии);
• Тяжелее;
• Низкая активная мощность (примерно от 70% до 80%).

Как определить эффективность блока питания?

Основные принципы, правила и положения

Одним из ключевых показателей эффективности блока питания является, соответствует ли он стандартам Energy Star 5.0 и 80 PLUS. Последний будет приоритетным для вычислительной техники и является стандартом, признанным повсеместно в мире. Кроме того, если речь идёт о европейских странах, то нужно также проверить соответствие стандартам CE и ErP.

Блоки питания стандарта 80 PLUS являются более эффективными.

Принципы и спецификации, естественно, влияют на эффективность и на качество питания. Блок питания, отмеченный сертификатом 80 PLUS, будет соответствовать определенным требованиям, что устанавливается посредством набора тестов. Мы хотели бы упомянуть, что условия стрессового тестирования 80 PLUS не соответствуют напрямую спецификации ATX, при этом они выполняются в условиях американских электрических сетей питания, работающих с меньшим напряжением. В условиях России и Европы, с сетями 230 В, эффективность блоков питания 80 PLUS будет чуть выше, чем в США.

Концепция 80 PLUS была расширена: сейчас она подразумевает несколько уровней эффективности, Platinum, Gold, Silver и Bronze, и спецификации каждого из этих стандартов имеют собственный набор требований. Таким образом, блок питания стандарта "80 PLUS Platinum" или "80 PLUS Gold" будет более эффективным, чем обычный блок питания. В то же время, эти блоки питания и стоят дороже.

По таблице ниже можно проследить, как уровень спецификации устройства влияет на его работу при заданной нагрузке, и оценить каждый конкретный уровень спецификации.

Потребление энергии выключенного компьютера

При выключении компьютера? блок питания, как правило, продолжает работать. Это необходимо для поддержки некоторых функций, как Wake-on-LAN. Блок питания будет тратить некоторое количество мощности даже тогда, когда компьютер выключен. Современные блоки питания, особенно те, которые продаются в Европе, согласно заявлениям производителей, тратят не более 1 Вт в таком режиме. Если для вас действительно важна экономия, то такое решение будет правильным.

Какие линии напряжения важны для ПК?

Мы подходим к одному из ключевых моментов, связанных с энергопотреблением: мощность, затрачиваемая при различных входных напряжениях. Современные ПК потребляют большую часть энергии по линии 12 В. Два других напряжения (3,3 В и 5 В) нельзя назвать несущественными, но их роль за последние годы значительно снизилась. Как правило, если блок питания соответствует требованиям по линии 12 В, то он будет достаточен и для других линий. Но вот обратное уже не совсем верно. Давайте посмотрим на заявленные спецификации двух блоков питания.

Второй блок питания заявлен как модель на 550 Вт, но по двум 12 В линиям он может давать мощность всего 380 Вт. При этом эта мощность достигается только в том случае, если другие линии не используются. Сегодня никому не требуется мощность 315 Вт по линиям 3,3 и 5 В. Поэтому данный блок питания, способный давать около 350 Вт по линии 12 В, вряд ли подойдёт для современного игрового ПК. Он хорош для рекламы высокой мощности, но энтузиастам лучше держаться от таких моделей подальше.

Базовая стоимость против энергосбережения

Качественное оборудование обойдётся дороже при покупке, однако позволит сэкономить в ходе эксплуатации. Именно поэтому мы собираемся рассмотреть определённые компоненты устройств с тем, чтобы определить, в каких условиях какой блок питания приведёт к лучшим результатам при эксплуатации. Некоторые из наших результатов могут удивить вас.

Финансовой стороной вопрос, однако, не исчерпывается: нас также интересует долговечность, надёжность и безопасность.

Безопасность приоритетнее денег: не сжечь аппаратуру

Китайские фейерверки

Кроме шуток, в реальности это серьёзный вопрос. Покупая дешёвую модель блока питания, вы рискуете погореть в буквальном смысле, причём риску подвергается не только сам блок питания, но и другие компоненты системы.

Самые важные схемы защиты в современных блоках питания

Знание - это полдела, как гласит пословица, и поэтому мы собираемся предоставить вам полную информацию. В таблице ниже вы найдёте расшифровки обозначений наиболее важных составных частей современных блоков питания. После этого достаточно будет убедиться, что в ваш блок питания включены необходимые элементы безопасности.

Качественные блоки питания, как правило, включают цифровые схемы защиты. К сожалению, некоторые компании до сих пор продают дешёвые модели, оснащённые обычным предохранителем, функции которого ограничены "защитой от короткого замыкания и перегрева".

Скупой платит дважды

Здесь у нас два наглядных примера того, что может произойти, когда имеешь дело с дешёвым оборудованием: дело пахнет палёной проводкой. Нам кажется, что эти изображения говорят сами за себя. Это выглядит достаточной причиной для приобретения приличного блока питания.

Теперь мы приближаемся к концу первой части нашего исследования. Дальше мы собираемся перейти от теории к практике и посмотреть, как наши знания могут помочь в реальном мире. Осталось провести анализ того, сколько энергии потребляют различные компоненты компьютера.

Как разобраться, что требуется от питания

Существует огромное количество он-лайн - калькуляторов для расчёта потребления электроэнергии, однако все они имеют один недостаток: для расчётов там используются максимальные показатели потребления. Принцип прост: на основании показателей работы при уровне нагрузки 55-60% делается проекция (весьма приблизительная) на другие режимы. Крупным недостатком является то, что так не учитывается потребление энергии в режиме простоя оборудования. Как мы уже писали выше, именно этот режим является важным для энергоэффективности.

Нижеследующая таблица может использоваться в качестве ориентира для того, чтобы определить, сколько энергии тратят различные компоненты системы при разных задачах. Зная конкретные цифры, можно математически подсчитать точное количество затрачиваемой энергии.

Теперь, когда у нас есть представление о том, какую мощность затрачивают компоненты компьютера при разных вариантах загрузки, рассчитать уровень потребления энергии в режиме простоя и в рабочем режиме очень просто. Исходя из этой информации, в следующей главе мы сделаем обзор блоков питания и выберем оптимальные варианты для разных задач.

Диапазон потребляемой мощности

Рассмотрим показатели питания для трёх базовых сценариев. Сегодня доступно достаточно много методов, позволяющих снизить потребление энергии системой в режиме бездействия. Особенно это касается высокопроизводительных систем. Для них также, как правило, доступен более широкий диапазон настроек, включающий больше уровней энергопотребления. Грубо говоря, высокопроизводительные станции тратят мало энергии на холостом ходу, но при этом очень требовательны при полной загрузке.

В качестве примеров к следующей части нашей статьи мы возьмём показатели работы четырёх различных блоков питания. Это стандартный недорогой блок питания (фиолетовый), блок питания 80 PLUS (синий), модель 80 PLUS Bronze (оранжевый) и модель 80 PLUS Gold (жёлтый).

Кроме того, мы используем модель на 750 Вт, чтобы получить результаты по категории "супер-дешёвое питание". Итак, давайте посмотрим на результаты: они могут вас неприятно удивить.

Как видно, сама по себе покупка блока питания на 500 Вт ещё не решает всех проблем. Для оптимального выбора нужно учесть ещё по крайней мере два фактора: это качество и эффективность.

Пример 1: Офисный ПК

Давайте посмотрим на работу обычного компьютера, какие часто используются в офисах.

Наша задача - найти для этой системы подходящий источник питания. Здесь мы должны извиниться перед нашими читателями: поскольку основой для этой статьи послужило исследование, проведенное нашими коллегами из Штудгарта, Германия, некоторые образцы оборудования могут быть вам недоступны, в зависимости от месторасположения. Однако, суть от этого не изменится, и в любом случае у вас, скорее всего, есть доступ к аналогичным устройствам.

Кроме того, нам не удалось использовать для тестирования устройство Jumper от Huntkey на 300 Вт (80 PLUS Gold) в качестве стандартного, поскольку образец, который мы ждали в лаборатории, застрял где-то между Китаем и Германией. Поэтому мы используем в качестве эталона не его, а Super Flower 450 Вт Golden Green, несмотря на его излишнюю мощность. Таким образом, наши кандидаты выглядят следующим образом.

Результаты тестов

Итак, посмотрим, какие результаты демонстрируют устройства, которые мы взяли для тестов. Налицо явный разброс:

Разница мощности питания колеблется от 19 Вт в режиме ожидания до 11 Вт в режиме средней нагрузки (лидируют Rasurbo и Be Quiet), ну а при полной нагрузке она составит 14 Вт (здесь лучше показатели демонстрирует Super Flower). Что касается блоков питания от Hardwaremania24, то, если смотреть на показатели их работы, создаётся ощущение, что перед вами те же самые блоки питания на 250 Вт. Если вы хотите использовать их для передачи 300 Вт мощности системе, лучше предварительно обзавестись огнетушителем.

Заключение

Во всех трёх сценариях устройства, сертифицированные 80 PLUS, демонстрируют лучшие результаты. Отмеченный Gold-сертификатом Super Flower не входит в топ лидеров только по показателям полной загрузки. В целом нужно сказать, что разброс по производительности не так велик, как разброс по ценам. В целом можно сказать, что для офисного ПК лучше всего подходит блок питания небольшой мощности, сертифицированный 80 PLUS.

Что касается модели Super Flower на 450 Вт, то она, несмотря на свою сертификацию, не даёт каких-то дополнительных преимуществ, кроме показателя пикового энергопотребления. Нужно заметить, что на тестировании у нас находилась бесшумная система без вентилятора. Так что, если вы используете бесшумную систему, то выбор более дорогого блока питания будет оправдан.

Пример 2: Игровой ПК среднего уровня

И, снова, давайте посмотрим на характеристики тестируемой системы.

А вот блоки питания, которые мы выбрали для тестирования:

Результаты тестов

Давайте снова посмотрим на наши графики. Помните, что мы говорили о том, что реальные характеристики устройств не всегда соответствуют заявленным? Так вот, два устройства сошли с дистанции в процессе тестирования. Смотрите сами:

Заключение

Rusturbo лидирует только по показателям в режиме простоя. В нормальном режиме вперёд вырывается Super Flower, хотя он и не сильно обгоняет конкурентов. Enermax на третьем месте, несмотря на свою высокую стоимость. LC-Power и Hardwaremania24 отстают, что соответствует их ценовой категории.

При полной загрузке в лидерах, наконец, оказывается Rasturbo. На втором месте, оставляя позади Super Flower, вырывается Enermax. В то же время, он работал громче, чем Super Flower, да и по стоимости он выше. Что до Rasturbo, то в этом тестировании он работал на своём пределе, о чём свидетельствовала громкая работа кулера; так что мы не рекомендуем его для долговременного использования, если, конечно, вы не используете энергосберегающую видеокарту вроде Radeon HD 6850.

При тестировании двух оставшихся блоков питания мы использовали переходники на PCIe. LC-Power на 350 Вт не справился с нагрузкой мощности в 235 Вт и сгорел. Мы не стали продолжать тесты при большой нагрузке и с моделью от Hardwaremania24, так как от него пошел характерный запах, когда мы запустили Google Earth в нашем "нормальном" сценарии. Как бы то ни было, мы посчитали, что риск такого рода не оправдан.

Пример 3: компьютер для энтузиаста

Теперь давайте посмотрим на параметры нашей конфигурации высокого класса.

Для этой конфигурации у нас следующие кандидаты:

Мощной системе - мощное питание

В этой, последней, серии тестов выжили все наши блоки питания. Мы специально сделали широкий ценовой разброс и разницу в характеристиках устройств. Итак, вот результаты тестирования:

Заключение

И снова мы использовали тестируемые устройства на максимальных значениях, а иногда - и при превышении их. Super Flower, номинальная мощность которого составляет 450 Вт, работал так, что можно было сделать вывод, что перед нами блок питания на 500 Вт. Он продолжал нормально работать даже при максимальной нагрузке.

Показатели работы в режиме простоя мощного блока Corsair AX 750 немного уступают конкурентам. Однако, с увеличением общей нагрузки, относительная энергоэффективность этой модели также возрастает. Что касается модели Enermax Modu 82+ ErP на 525 Вт, то она не показала каких-то серьёзных преимуществ или недостатков, это твёрдый середнячок. В принципе, то же можно сказать и про блок питания от Corsair, у которого, кстати, есть такое преимущество, как низкий уровень шума. Правда, стоит он недёшево.

Raptoxx, с другой стороны, сочетает невысокую стоимость и приличные показатели. Его основной недостаток - это шум. И если вы готовы мириться с этим, то он оправдает себя: в плане экономичности это лучший вариант, его издержки составляют всего каких-то 15-20 Вт. Aerocool VT12XT на 600 Вт обойдётся дороже, однако он не такой шумный. Эксплуатация этого устройства в долгосрочной перспективе приведёт к дополнительным тратам.

Надеемся, что вы последуете нашим советам, и вам не понадобится огнетушитель

Итак, что мы узнали нового?

Подводя итоги нашего небольшого исследования, мы составили небольшой список советов по выбору оборудования питания.

1. Выбор блока питания с разумным уровнем мощности, в большинстве случаев, более оправдан, чем траты на более мощное устройство;
2. Покупать устройство высокой мощности имеет смысл разве что в том случае, если вы твёрдо рассчитываете использовать его в полную силу в будущем;
3. Блоки питания среднего ценового диапазона, сертифицированные 80 PLUS Gold, будут хорошей покупкой, если вы работаете с большим разбросом рабочей мощности;
4. Проверяйте соответствие спецификаций на упаковке и реальных значений: количество ватт не всегда совпадает;
5. И не покупайте самые дешёвые блоки питания: приемлемые варианты стоят не дешевле 50 долларов.

И не говорите, что мы вас не предупредили!

Надеемся, что это изображение будет достаточным предупреждением о возможной опасности. Также надеемся, что наша статья помогла составить представление о работе источников питания. Этот компонент системы, которому, как правило, уделяют меньше внимания, чем, скажем, процессорам или материнским платам, является всё же важной частью. Пренебрегать им не стоит: грамотный выбор блока питания поможет сэкономить деньги, обеспечить стабильную работу и безопасность.

Очень часто на железных форумах можно встретить грустные истории про то, как у кого-то сгорел блок питания и прихватил с собой на тот свет мать, проц, видюху, винт и кота Мурзика. Почему же горят БП? И почему горит синим пламенем нагрузка aka начинка системного блока? Чтобы ответить на эти вопросы, кратко рассмотрим принцип работы импульсного блока питания.

В компьютерных блоках питания применяется метод двойного преобразования с обратной связью. Преобразование происходит за счет трансформации тока с частотой не 50 Гц, как в бытовой сети, а с частотами выше 20 кГц, что позволяет использовать компактные высокочастотные трансформаторы при той же выходной мощности. Поэтому компьютерный блок питания гораздо меньше, чем классические трансформаторные схемы, которые состоят из понижающего трансформатора довольно внушительных размеров, выпрямителя и фильтра пульсаций. Если бы компьютерный блок питания был бы сделан по этому принципу, то при требуемой выходной мощности он был бы размером с системный блок и весил бы в 3-4 раза больше (достаточно вспомнить телевизионный трансформатор с мощностью 200-300 Вт).

Импульсный БП имеет более высокий КПД за счет того, что работает в ключевом режиме, а регулирование и стабилизация выходных напряжений происходит методом широтно-импульсной модуляции. Если не вдаваться в подробности, то принцип работы заключается в том, что регулирование происходит путем изменения ширины импульса, то есть его длительности.

Вкратце принцип работы импульсного БП прост: чтобы использовать высокочастотные трансформаторы, нам необходимо преобразовать ток из сети (220 вольт, 50 Гц) в высокочастотный ток (порядка 60 кГц). Ток из электрической сети идет на входной фильтр, который отсекает импульсные высокочастотные помехи, образующиеся при работе. Далее - на выпрямитель, на выходе которого стоит электролитический конденсатор для сглаживания пульсаций. Далее выпрямленное постоянное напряжение порядка 300 вольт поступает на преобразователь напряжения, который преобразует входное постоянное напряжение в переменное напряжение с прямоугольной формой импульсов высокой частоты. В состав преобразователя входит импульсный трансформатор, который обеспечивает гальваническую развязку от сети и понижение напряжения до требуемых значений. Эти трансформаторы изготавливаются очень маленькими по сравнению с классическими, в них малое количество витков, а вместо железного сердечника используется ферритовый. Затем снимаемое с трансформатора напряжение идет на вторичный выпрямитель и высокочастотный фильтр, состоящий из электролитических конденсаторов и индуктивностей. Для обеспечения стабильного напряжения и работы используются модули, обеспечивающие плавное включение и защиту от перегрузок.

Итак, как ты мог заметить из вышесказанного, в схеме компьютерного блока питания протекает ток очень высокого напряжения - ~300 вольт. Теперь давай представим, что будет, если какой-либо ключевой элемент схемы выйдет из строя, и защита не сработает. Ток высокого напряжения кратковременно поступит в нагрузку (пока БП не выгорит), и часть содержимого системного блока, скорее всего, этого не перенесет.

Почему же горит БП? Есть много причин: остановился вентилятор, упал внутрь винтик, внутренности забились пылью и т.д. Но нас интересует другой момент.

Импульсный блок питания забирает из сети столько энергии, сколько потребляет нагрузка. Соответственно, если потребляемая нагрузкой мощность будет выше мощности, на которую рассчитан БП, то сила тока, протекающего по цепям блока, также будет выше той, на которую рассчитаны проводники и элементы, что приведет к сильному нагреву и, в итоге, к выходу блока питания из строя. Именно поэтому на выходе БП стоит датчик выходной мощности, и защитная схема сразу отключит блок питания, если расчетная мощность нагрузки будет больше максимальной мощности БП.

Итак, если необдуманно перегрузить блок питания, то в лучшем случае он просто не включится, а в худшем – сгорит, поэтому всегда полезно хотя бы прикинуть мощность нагрузки.

Ссылки:

Сайт bp.xsp.ru Основные категории: Принципы работы Принципиальные схемы БП AT/ATX Ремонт БП Характерные неисправности Как выбрать БП Микросхема TL494

Работа любого компьютера невозможна без блока питания. Поэтому стоит отнестись серьезно к выбору. Ведь от стабильной и надежной работы БП будет зависеть работоспособность самого компьютера.

Что это такое

Главной задачей блока питания является преобразование переменного тока и дальнейшее формирование требуемого напряжения, для нормальной работы всех комплектующих ПК.

Напряжение, требуемое для работы комплектующих:

• +12В;
• +3,3В.

Кроме этих заявленных величин существует и дополнительное величины:

• -12В;

БП выполняет роль гальванической развязки между электрическим током из розетки и комплектующими потребляющие ток. Простой пример, если произошла утечка тока и человек дотронулся до корпуса системного блока его ударило бы током, но благодаря блоку питания этого не происходит. Часто используются источники питания (ИП) формата ATX.

Обзор схем источников питания

Главной частью структурной схемы ИП, формата ATX, является полумостовой преобразователь. Работа преобразователей этого типа заключается в использовании двухтактного режима.

Стабилизация выходных параметров ИП осуществляется применением широтно-импульсной модуляции (ШИМ-контроллер) управляющих сигналов.

В импульсных источниках питания часто используется микросхема ШИМ-контроллера TL494, которая обладает рядом положительных свойств:

• приемлемые рабочие характеристики микросхемы. Это – малый пусковой ток, быстродействие;
• наличие универсальных внутренних элементов защиты;
• удобство использования.

Простой импульсный БП

Принцип работы обычного импульсного БП можно увидеть на фото.

Первый блок выполняет изменение переменного тока в постоянный. Преобразователь выполнен в виде диодного моста, который преобразовывает напряжение, и конденсатора, сглаживающего колебания.

Кроме этих элементов могут присутствовать еще дополнительные комплектующие: фильтр напряжения и термисторы. Но, из-за дороговизны, эти комплектующие могут отсутствовать.

Генератор создает импульсы с определенной частотой, которые питают обмотку трансформатора. Трансформатор выполняет главную работу в БП, это – гальваническая развязка и преобразование тока до требуемых величин.

Видео: Принцип работы ШИМ контроллера БП

АТХ без коррекции коэффициента

Простой импульсный БП хоть и рабочее устройство, но на практике его использовать неудобно. Многие из его параметров на выходе «плавают», в том числе и напряжение. Все эти показатели изменяются из-за нестабильного напряжения, температуры и загруженности выхода преобразователя.

Но если осуществлять управление этими показателями с помощью контроллера, который будет выполнять роль стабилизатора и дополнительные функции, то схема будет вполне пригодной для применения.

Структурная схема БП с использованием контроллера широтно-импульсной модуляции проста и представляет генератор импульсов на ШИМ-контроллере.

ШИМ-контроллер регулирует амплитуду изменения сигналов проходящих через фильтр низких частот (ФНЧ). Главным достоинством являются высокие показатели КПД усилителей мощности и широкие возможности в использовании.

АТХ с коррекцией коэффициента мощности

В новых источниках питания для ПК появляется дополнительный блок – корректор коэффициента мощности (ККМ). ККМ убирает появляющиеся погрешности мостового выпрямителя переменного тока и повышает коэффициент мощности (КМ).

Поэтому производителями активно изготавливаются БП с обязательной коррекцией КМ. Это означает, что ИП на компьютере будет работать в диапазоне от 300Вт и более.

В этих БП используют специальный дроссель с индуктивностью выше чем на входе. Такой ИП называют PFC или пассивным ККМ. Имеет внушительный вес из-за дополнительного использования конденсаторов на выходе выпрямителя.

Из недостатков можно выделить невысокую надежность ИП и некорректную работу с ИБП во время переключения режима работы «батарея/сеть».

Это связано с маленькой емкостью фильтра сетевого напряжения и в момент падения напряжения повышается ток ККМ, и в этот момент включается защита от короткого замыкания.

На двухканальном ШИМ-контролере

Часто используют в современных источниках питания для компьютера двухканальные ШИМ-контроллеры. Единственная микросхема способна выполнять роль преобразователя и корректора КМ, что сокращает общее количество элементов в схеме БП.

В приведенной схеме первая часть выполняет формирование стабилизированного напряжение +38В, а вторая часть является преобразователем, который формирует стабилизированное напряжение +12В.

Схема подключения блока питания компьютера

Для подключения блока питания к компьютеру следует выполнить ряд последовательных действий:

Конструктивные особенности

Для подключения комплектующих персонального компьютера на БП предусмотрены различные разъемы. На задней его части расположен разъем под сетевой кабель и кнопка выключателя.

Кроме этого может находится еще на задней стенке БП и разъем для подключения монитора.

В различных моделях могут быть и другие разъемы:

В современных источниках питания для ПК реже устанавливают вентилятор на задней стенке, который вытягивал горячий воздух из БП. В замен этого решения начали использовать вентилятор на верхней стенке, который был больше и работал тише.

На некоторых моделях возможно встретить сразу два вентилятора. Из стенки, которая находится внутри системного блока, выходит провод со специальным разъемом для подачи тока на материнскую плату. На фото указаны возможные разъемы подключения и обозначение контактов.

Каждый цвет провода подает определенное напряжение:

• желтый - +12 В;
• красный - +5 В;
• оранжевый - +3,3 В;
• черный – заземление.

У различных производителей могут изменяться значения для этих цветов проводов.

Также есть разъемы для подачи тока комплектующим компьютера.

Параметры и характеристики

БП персонального компьютера имеет много параметров, которые могут не указываться в документации. На боковой этикетке указываются несколько параметров – это напряжение и мощность.

Мощность – основной показатель

Эта информация пишется на этикетке крупным шрифтом. Показатель мощности БП указывает на общее количество электроэнергии доступной для внутренних комплектующих.

Казалось бы, выбрать БП с требуемой мощностью будет достаточным просуммировать потребляемые показатели комплектующими и выбрать БП с небольшим запасом. Поэтому большой разницы между 200w и 250w не будет существенной.

Но на самом деле ситуация выглядит сложнее, потому что выдаваемое напряжение может быть разным - +12В, -12В и другим. Каждая линия напряжения потребляет определенную мощность. Но в БП расположен один трансформатор, который генерирует все напряжения, используемые ПК. В редких случаях может быть размещено два трансформатора. Это дорогой вариант и используется в качестве источника на серверах.

В простых же БП используется 1 трансформатор. Из-за этого мощность на линиях напряжений может меняться, увеличиваться при малой нагрузке на других линиях и наоборот уменьшаться.

Рабочие напряжение

При выборе БП следует обратить внимание на максимальные значения рабочих напряжений, а также диапазон входящих напряжений, он должен быть от 110В до 220В.

Правда большинство из пользователей на это не обращают своего внимания и выбирая БП с показателями от 220В до 240В рискуют к появлению частых отключений ПК.

Такой БП будет выключаться при падении напряжения, которые не редкость для наших электросетей.Превышение заявленных показателей приведет к выключению ПК, сработает защита. Чтобы включить обратно БП придется отключить его от сети и подождать минуту.

Следует помнить, что процессор и видеокарта потребляю самое большее рабочее напряжение в 12В. Поэтому следует обращать внимание на эти показатели.Для снижения нагрузки на разъемы, линию 12В разделяют на пару параллельных с обозначением +12V1 и +12V2. Эти показатели должны быть указаны на этикетке.

Перед тем как выбрать для покупки БП, следует обратить внимание на потребляемую мощность внутренними компонентами ПК.

Но некоторые видеокарты требуют особый потребляемый ток +12В и эти показатели следует учитывать при выборе БП. Обычно для ПК, в котором установлена одна видеокарта, достаточно источника с мощностью в 500вт или 600.

Также следует ознакомится с отзывами покупателей и обзорами специалистов о выбранной модели, и компании производителе. Лучшие параметры, на которые следует обратить внимание, это: мощность, тихая работа, качество и соответствие написанным характеристикам на этикетке.

Экономить при этом не следует, ведь от работы БП будет зависеть работа всего ПК. Поэтому чем качественнее и надежнее источник, тем дольше прослужит компьютер. Пользователь может быть уверен, что сделал правильный выбор и не беспокоится о внезапных выключениях своего ПК.

Так как блок питания есть неотъемлемой частью ПК, то знать подробнее про него будет интересно каждому человеку связанным с электроникой и не только. От качества БП напрямую зависит работа ПК в целом.

И так, полагаю, что надо начать с самого простого, для каких целей предназначен блок питания:
- формирование напряжения питания компонентов ПК: +3,3 +5 +12 Вольт (дополнительно -12В и -5В);
- гальваническая развязка между 220 и ПК (чтобы не бился током, и не было утечек тока при сопряжении компонент).


Простой пример гальванической развязки это трансформатор. Но для питания ПК нужна большая мощность, а соответственно и трансформатор больших размеров (комп был бы очень большим:), и переносили его бы вдвоем из за немалого веса, но нас это миновало:)).
Для построения компактных блоков используется повышенная частота тока питания трансформатора, с ростом частоты для того самого магнитного потока в трансформаторе нужно меньшее сечение магнитопровода и меньше витков. Создавать легкие и компактные БП позволяет завышенная в 1000 и больше раз частота питающего напряжения трансформатора.
Основной принцип работы БП заключается в следующем, преобразование переменного сетевого напряжения (50 Гц) в пер. напряжение высокой частоты прямоугольной формы (был бы осциллограф показал бы на примере), которое с помощью трансформатора понижается, дальше выпрямляется и фильтруется.

Блок-хема импульсного БП.

1. Блок
Преобразовывает переменные 220В в постоянные.
Состав такого блока: диодный мост для выпрямления переменного напряжения + фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. А также должен быть (в дешевых БП на них экономят не впаивая, но я сразу рекомендую при переделке или ремонте их ставить) фильтр напряжения сети от пульсаций импульсного генератора, а также термисторы сглаживают скачок тока при включении.

На картинке фильтр, на схеме обозначен пунктиром, его мы встретим почти в любой схеме БП (но не всегда на плате:)).
2. Блок
Этот блок генерирует импульсы определенной частоты, которыми питается первичная обмотка трансформатора. Частота генерирующих импульсов у различных фирм производителей БП находится, где то в 30-200кГц пределах.
3. Блок
На трансформатор положены такие функции:
- гальваническая развязка;
- понижение напряжения на вторичных обмотках до необходимого уровня.
4. Блок
Этот блок преобразует напряжение, полученное от блока 3, в постоянное. Он состоит из выпрямляющих напряжение диодов и фильтра пульсаций. Состав фильтра: дроссель и группа конденсаторов. Часто для экономии конденсаторы ставят малой емкости, а дроссели малой индуктивности.

Импульсный генератор подробнее.

Схема ВЧ преобразователя состоит с мощных транзисторов, которые работают в режиме ключа и импульсного трансформатора.
БП может собой представлять однотактный и двухтактный преобразователь:
- однотактный: открывается и закрывается один транзистор;
- двухтактный: поочередно открываются и закрываются два транзистора.
Смотрим рисунок.


Элементы схемы:
R1 - сопротивление, задающее смещение на ключах. Необходимое для более стабильного запуска процесса колебаний в преобразователе.
R2 – сопротивление, ограничивающее ток базы на транзисторах, необходимо для защиты транзисторов от выхода из строя.
ТР1 - Трансформатор имеющий три группы обмоток. Первая формирует выходное напряжение. Вторая служит нагрузкой для транзисторов. Третья формирует управляющее напряжение для транзисторов.
При включении первой схемы транзистор приоткрыт совсем немного, потому, что к базе приложено положительное напряжение через резистор R1. На приоткрытом транзисторе протекает ток, который протекает через II обмотку. Ток создает магнитное поле. Магнитное поле создает напряжение в остальных обмотках. На III обмотке создается положительное напряжение, которое открывает транзистор еще больше. Процесс до тех пор происходит, пока транзистор не попадет в режим насыщения. Режим насыщения характеризуется тем, что при увеличении приложенного управляющего тока к транзистору, неизменным остается выходной ток.
Только при изменении магнитного поля генерируется напряжение на обмотках, при отсутствии изменений на транзисторе так же исчезнет и ЭДС в обмотках II и III. Когда напряжение на обмотке III пропадет, тогда и уменьшится открытие транзистора, а следовательно уменьшиться выходной ток транзистора и магнитное поле, что приведет к появлению напряжения противоположной полярности. Отрицательное напряжение на III обмотке еще больше закроет транзистор. Процесс длится пока магнитное поле не исчезнет полностью. Когда поле исчезнет, исчезнет отрицательное напряжение и процесс пойдет по кругу снова.
Двухтактный преобразователь работает так же, но так как в нем два транзистора, работающих поочередно, то такое применение повышает КПД преобразователя и улучшает его характеристики. В основном применяют двухтактные, но если надо малая мощность и габариты, а также простота, то однотактные.
Рассмотренные выше преобразователи есть законченными устройствами, но их применение усложняется разбросом различных параметров таких как: загруженности выхода, напряжения питания, и температуры преобразователя.

Управление ключами ШИМ контролером (494).

Преобразователь состоит из трансформатора Т1 и транзистора VT1. Сетевое напряжение через сетевой фильтр (СФ) подается на сетевой выпрямитель (СВ) диодный мост, фильтруется конденсатором Сф и через обмотку W1 подается на коллектор транзистора VT1. При подаче на базу транзистора импульса прямоугольной формы, он открывается и через него течет ток Iк который нарастает. Этот же ток протекающий и через первичную обмотку трансформатора Т1, приводит к тому, что увеличивается магнитный поток в сердечнике трансформатора, и наводится ЭДС самоиндукции во вторичной обмотке W2. В итоге на диоде VD появиться положительное напряжение. Увеличивая длительность импульса на базе транзистора VT1, будет увеличиваться напряжение во вторичной цепи, а если уменьшать длительность, то напряжение будет уменьшаться. Изменяя длительность импульса на базе транзистора, мы меняем выходное напряжения на W1 обмотке Т1, и осуществляем стабилизацию выходных напряжений блока питания. Нужна схема формирования импульсов запуска и управления их длительностью (широтой). Такой схемой используется ШИМ (широтно – импульсная модуляция) контроллер. ШИМ контроллер состоит из:
- задающего импульсного генератора (определяющего частоту работы преобразователя);
- схемы контроля;
- логической схемы, которая и управляет длительностью импульса;
- схемы защиты.
Это тема другой статьи.
Чтобы стабилизировать выходные напряжения БП, схема ШИМ контроллера «должна знать» величину выходных напряжений. Для этого используется цепь обратной связи (или цепь слежения), выполненная на оптопаре U1 и резисторе R2. Увеличение напряжения во вторичной цепи трансформатора Т1 приведет к увеличению интенсивности излучения светодиода, а следовательно уменьшению сопротивления перехода фототранзистора (входящих в состав оптопары U1). Это приводит на резисторе R2 включенном последовательно фототранзистору к увеличению падения напряжения, и уменьшению напряжения на выводе 1 ШИМки. Уменьшение напряжения заставляет логическую схему, составляющую ШИМ, увеличивать длительность импульса, пока напряжение на 1-м выводе не будет соответствовать заданным параметрам. Процесс обратный, когда напряжение уменьшается.
Есть две реализации цепей обратной связи:
- «непосредственная» на схеме выше, обратная связь снимается непосредственно с вторичного выпрямителя;
- «косвенная» снимается непосредственно с дополнительной обмотки W3 (смотрите рисунок ниже);
Изменение напряжения на вторичной обмотке приведет к изменению его на обмотке W3, которое через R2 передается на 1 вывод ШИМки.

Ниже приведена реальная схема БП.

1. Блок
Выпрямляет и фильтрует переменное напряжение, а также здесь находится фильтр от помех которые создает сам БП.
2. Блок
Этот блок формирует +5VSB (дежурное напряжение), а также питает контролер ШИМ.
3. Блок
На третий блок (ШИМ - контролер 494) положены такие функции:
- управление транзисторными ключами;
- стабилизация выходных напряжений;
- защита от короткого замыкания.
4. Блок
В состав этого блока входят два трансформатора, и две группы транзисторных ключей.
Первый трансформатор формирует напряжение управления для выходных транзисторов.
1 группа транзисторов усиливает генерируемый сигнал TL494 и передает его первому трансформатору.
2 группа транзисторов нагружена на основной трансформатор, на котором формируются основные напряжения питания.
5. Блок
В состав этого блока входят диоды Шоттки для выпрямления выходного напряжения трансформатора, а также фильтр низких частот. В состав ФНЧ входят электролитические конденсаторы больших емкостей (зависит от производителя БП) и дросселей, а также резисторов для разрядки этих конденсаторов при выключенном БП.

Немного о дежурке.

Различиями между блоками стандарта АТХ от БП стандарта АТ в том, что БП АТХ стандарта имеют источник дежурного напряжения питания. На 9 контакте (20 контактного, фиолетовый провод) разъема вырабатывается напряжение +5VSB которое идет на мат плату для питания схемы управления БП. Эта схема осуществляет формирования сигнала «PS-ON» (14 контакт разъема, зеленый провод).


В данной схеме преобразователь работает на частоте, определяемой в основном параметрами трансформатора Т3 и номиналами элементов в базовой цепи ключевого транзистора Q5 - емкостью конденсатора С28 и сопротивлением резистора начального смещения R48 . Положительная обратная связь на базу транзистора Q5 поступает с вспомогательной обмотки трансформатора Т2 через элементы С28 и R51. Отрицательное напряжение с этой же обмотки после выпрямителя на элементах D29 и С27, в случае если оно превышает напряжение стабилизации стабилитрона ZD1 (в данном случае 16 В) также подается на базу Q5, запрещая работу преобразователя. Таким способом выполняется контроль за уровнем выходного напряжения. Напряжение питания с сетевого выпрямителя на преобразователь поступает через токоограничительный резистор R45, который при его выходе из строя можно заменить предохранителем на ток 500 мА, либо исключить совсем. В схеме на рис.1 резистор R56 номиналом 0.5 Ом, включенный в эмиттер транзистора Q5 является датчиком тока, при превышении тока транзистора Q5 выше допустимого напряжение с него через резистор R54 поступает на базу транзистора Q9 типа 2SC945 открывая его, и тем самым запрещая работу Q5. Подобным образом осуществляется дополнительная защита Q5 и первичной обмотки Т3. Цепочка R47C29 служит для защиты транзистора Q5 от выбросов напряжения. В качестве ключевого транзистора Q5 в указанной модели БП применяются транзисторы KSC5027.

В современном мире развитие и устаревание комплектующих персональных компьютеров происходит очень быстро. Вместе с тем один из основных компонентов ПК – форм-фактора ATX – практически не изменял свою конструкцию последние 15 лет .

Следовательно, блок питания и суперсовременного игрового компьютера, и старого офисного ПК работают по одному и тому же принципу, имеют общие методики диагностики неисправностей.