Как устроен блок питания для компьютера и из чего состоит?

КПД

Любое устройство питающееся от сети переменного тока имеет свой коэффициент полезного действия (КПД). Блоки питания компьютера не исключение. КПД — это то количество энергии которое выполняет полезную функцию (питание компьютера). Все остальное преобразуется в тепло. На данный момент существуют уровни эффективности представленные в таблице ниже

Преимущества высокого КПД блока питания:

• меньшее потребление энергии в сравнении с блоком питания без соответствующей сертификации. Например блок питания 500 Вт с сертификацией 80 Plus Gold (КПД 90%) и без сертификации (КПД порядка 75%). При нагрузке в 50% (250 Вт) сертифицированный блок питания будет расходовать от сети 277 Вт, не сертифицированный — 333 Вт.
• меньший нагрев так как значительно меньше тепла необходимо рассеять
• более продолжительный срок работы блока питания за счет более низких температур
• меньше шум, так как для отвода небольшого количества тепла требуется вентилятор работающий на более низких оборотах
• более качественное питание для комплектующих, следовательно более надежная и стабильная работа всего компьютера
• минимальное искажение характеристик сети питания. Каждое устройство питающееся от сети переменного тока вносит свои помехи. В сертифицированных блоках питания применяется специальное устройство APFC (Active Power Factor Correction) повышающее КПД и практически исключающее помехи от блока питания компьютера.

Недостаток один — цена, с лихвой компенсируется преимуществами.

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 0.5В максимум);
• Имел хорошую систему деления линии 220В 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.

Схема линейного блока питания

Основные задачи любого промышленного БП заключаются в снижении переменного напряжения 220 В (230 В) до требуемой величины, затем его выпрямление, сглаживание и стабилизация.

Поэтому любая схема линейного бока питания обязательно содержат как минимум следующие элементы: трансформатор, выпрямитель, фильтр, узел стабилизации. Назначение каждого элемента было более полно рассказано здесь.

Теперь, глядя на составляющие функциональной схемы линейного БП, давайте рассуждать, какие элементы приводят к росту его массы и веса. В качестве выпрямителя чаще служит диодный мост. Снизить его размеров не даст особого эффекта. Да и реализовать этот будет затруднительно.

Узел стабилизации может быть реализован по-разному. Поэтому на нем мы тоже сэкономить мало что сможем. Остаются только два элемента: фильтр и трансформатор. Фильтр представляет собой большой емкости. Но изменение его параметров, как мы увидим далее, не позволит получить сколь-нибудь ощутимый выигрыш. Остается исследовать возможности способы минимизации трансформатора.

Основная задача его заключается в передаче мощности со стороны источника высокого на сторону низкого напряжения. При этом необходимо обеспечить гальваническую развязку высоковольтных с низковольтными цепями. Гальваническая развязка необходима для преимущественного большинства устройств по условиям безопасности, как персонала, так и низковольтного оборудования. А трансформатор, как никакой другой элемент выполняет эти и другие условия. При этом он имеет максимальный коэффициент полезного действия, достигающий 99 %. По этой причине ему до сих пор не могут найти альтернативу, за что приходится расплачиваться повышенной массой и размерами в целом БП.

Контроль выходных напряжений

цифровым мультиметром

• напряжение + 5 В должно находиться в пределах + 4,75 ― 5, 25 В,

• напряжение +12 В ― в пределах 11,4 ― 12,6 В,
• напряжение +3,3 В ― в пределах 3,14 ― 3,47 В

Значение напряжения в канале + 3,3 В может оказаться выше + 3,47 В. Это связано с тем, что этот канал остается без нагрузки.

Но, если остальные напряжения в пределах нормы, то с высокой долей вероятности можно ожидать того, что и напряжение в канале + 3,3 В под нагрузкой окажется в пределах нормы.

Отметим, что допуск 5% в верхнюю сторону для напряжения + 12 В великоват.

Этим напряжением питаются шпиндели винчестеров. При напряжении + 12,6 В (верхняя граница допустимого диапазона) управляющая шпинделем микросхема-драйвер сильно перегревается и может выйти из строя. Поэтому желательно, чтобы это напряжение было поменьше — 12,2 – 12,3 В (естественно, под нагрузкой).

Следует сказать, что могут быть случаи, когда блок на этой нагрузке работает, а на реальной (которая существенно больше), напряжения «проседают».

Но так бывает сравнительно редко, это вызвано скрытыми неисправностями. Можно сделать, так сказать, «честную» нагрузку, имитирующую реальный режим работы.

Но это не так просто! Современные питающие блоки могут отдавать мощность 400 ― 600 Вт и более. Для проверки работы с переменной нагрузкой надо будет коммутировать мощные резисторы.

Необходимы мощные коммутационные элементы. Все это будет греться…

Предварительный вывод о работоспособности можно сделать и при облегченной нагрузке, и это вывод будет достоверен более чем в 90% случаев.

Основные проблемы и поломки систем питания компьютера

Как и все рабочие компоненты вашей системы, узел, отвечающий за поступления питания, тоже может выходить из строя. Основной и самой злободневной проблемой является выход из строя электролитических конденсаторов, которые имеют такую особенность, как «закипать» и «вздуваться», либо другими способами нам докучать. Основные факторы, при возникновении которых наш блок может выйти из строя и какие это может возыметь последствия для всей системы компьютера — главная слабость блока питания, скачки напряжения в сети, которые и являются причиной поломки, причем основной. Ну а если данный импульс прошел фильтры устройства питания, то это может вывести из строя остальные компоненты системного блока! Поэтому при покупке удостоверьтесь о наличии в блоке питания необходимого количества качественных фильтров для предотвращения подобных инцидентов!

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).

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.

Запуск блока питания

После того как нагрузка подключена, следует замкнуть контакт PS-ON (чаще всего ― зеленого цвета) с соседним общим (обычно черного цвета) проводником.

Контакт PS-ON — четвертый слева в верхнем ряду, если ключ расположен сверху.

Замкнуть можно с помощью скрепки. Блок питания должен запуститься. При этом начнут вращаться лопасти вентилятора охлаждения.

Напоминаем, что компьютерный блок питания лучше не включать без нагрузки!

Во-первых, в нем есть цепи защиты и контроля, которые могут не разрешить основному инвертору запуститься. Во-вторых, в «облегченных» блоках эти цепи могут вообще отсутствовать. В худшем случае дешевый питающий блок может выйти из строя. Поэтому дешевые блоки питания не покупайте!

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.

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» в корпусе вашего ПК

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.

Характеристики блоков питания

Мощность — это основной параметр, который должен совпадать с
суммарной мощностью, потребляемой всеми комплектующими ПК, а при
нормальном выборе она должна превышать это значение минимум на 100 Вт.
При несоблюдении данного условия во время пиковой нагрузки компьютер
может перезагружаться или блок питания сгорит, а с ним и ряд деталей
гаджета.

И последнее, на что стоит обратить внимание перед покупкой — это вес
БП. Качественный блок питания не может весить меньше 2 кг., ведь это
может свидетельствовать о том, что производитель сэкономил на
комплектующих

Выгодную покупку такого прибора поможет сделать ресурс сравнения цен Прайс.юа, где можно найти самые актуальные предложения.

Что такое PFC?

Еще один важный параметр любого блока питания — вид PFC (Power Factor Correction), то есть какой в нем используется тип коррекции фактора мощности. Бывают активные и пассивные PFC.

Начнем с первого: Active PFC это, по сути, дополнительный импульсный источник питания, повышающий напряжение. В таком режиме блок питания получает мощность от энергосети короткими импульсами. Это хорошо сказывается на уменьшении высокочастотных помехов и помогает работать с аналоговым видео и звуком. Однако в игровом ПК такое в общем-то ни к чему, да и к тому же активный PFC снижает коэффициент мощности.

Есть множество отличных блоков питания с активным PFC, так что если не живете в деревне со старыми электросетями, то смело берите ихЕсть множество отличных блоков питания с активным PFC, так что если не живете в деревне со старыми электросетями, то смело берите их

Поэтому если вы в основном используете компьютер для игр, то смело покупайте блок питания с пассивным PFC. Разницы вы не заметите, но немного повысите КПД блока питания, а значит и сэкономите деньги на электричестве. Как говорится, мелочь, а приятно.

Впрочем, «убиваться» из-за PFC, отказываясь от отличного во всем остальном БП тоже не стоит. Например, но многих моделях от be quiet! стоит активный PFC, и это не значит, что эти блоки питания плохие.

Схемы

Схема №2 «разъем кабель питания – разъем устройства»

Со схемой № 1 все понятно. Каждому кабелю соответствует свой разъем.

Схема № 2 также не вызывает сложностей — это более понятный вариант первой, но ее мы все же разберем. Итак (двигаемся от 1 к 5):

• 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!

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

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.

Что собой представляет блок питания и для чего служит

Блок питания (он же БП) – источник питания в системном блоке, который отвечает за обеспечение энергией остальных компонентов. От БП во многом зависит долговечность и стабильность работы всей системы. Помимо этого, компьютерный блок питания препятствует потере информации с персонального компьютера, предотвращая скачки энергии.

Уверен, известно каждому человеку мало-мальски знакомому с техникой, что персональный компьютер работает от розетки. Однако далеко не каждый пользователь в курсе, что компоненты системы не могут получать энергию напрямую. Вот так плавно мы подошли к самому интересному: для чего нужен блок питания в ПК. По двум причинам:

• Во-первых, ток в электросети переменный, что очень «не нравится» компьютерам.  Блок питания делает ток постоянным, исправляя положение;
• Во-вторых, каждый компонент ПК, да и ноутбука, требует различного напряжения. И вновь на помощь приходит БП, выдавая процессору и видеокарте необходимый ток.

Разновидности блоков питания

Применение нашли несколько типов инверторов, которые отличаются схемой построения:

• бестрансформаторные;
• трансформаторные.

Первые отличаются тем, что импульсная последовательность поступает непосредственно на выходной выпрямитель и сглаживающий фильтр устройства. Такая схема имеет минимум комплектующих. Простой инвертор включает в себя специализированную интегральную микросхему — широтно-импульсный генератор.

Из недостатков бестрансформаторных устройств главным является то, что они не имеют гальванической развязки с питающей сетью и могут представлять опасность удара электрическим током. Также они обычно имеют небольшую мощность и выдают только 1 значение выходного напряжения.

Более распространены трансформаторные устройства, в которых высокочастотная последовательность импульсов поступает на первичную обмотку трансформатора. Вторичных обмоток может быть сколько угодно много, что позволяет формировать несколько выходных напряжений. Каждая вторичная обмотка нагружена на собственный выпрямитель и сглаживающий фильтр.

Мощный импульсный блок питания любого компьютера построен по такой схеме, которая имеет высокую надежность и безопасность. Для сигнала обратной связи здесь используется напряжение 5 или 12 Вольт, поскольку эти значения требуют максимально точной стабилизации.

Использование трансформаторов для преобразования напряжения высокой частоты (десятки килогерц вместо 50 Гц) позволило многократно снизить их габариты и массу и использовать в качестве материала сердечника (магнитопровода) не электротехническое железо, а ферромагнитные материалы с высокой коэрцитивной силой.

На основе широтно-импульсной модуляции построены также преобразователи постоянного тока. Без использования инверторных схем преобразование было связано с большими трудностями.

Облегченная нагрузка блока питания

Если дежурное напряжение находится в норме, необходимо подключить к одному из разъемов нагрузку в виде мощных резисторов (см. фото).

К шине +5 В можно подключить резистор величиной 1 — 2 Ом, к шине +12 В ― величиной 3 ― 4 Ом.

Мощность резисторов должна быть не менее 25 Вт.

Это далеко не полная величина нагрузки. К тому же шина + 3,3 В остается вообще ненагруженной.

Но это необходимый минимум, при котором питающий блок (если он исправен) должен без «вреда для своего здоровья» запуститься.

Резисторы следует припаять к ответной части разъема, который можно взять, например, от неисправного внешнего вентилятора корпуса.

Принцип работы импульсного блока питания

В основе работы инвертора лежит выпрямление первичного напряжения и дальнейшее его преобразование в последовательность импульсов высокой частоты. Этим он отличается от обычного трансформатора. Выходное напряжение блока служит для формирования сигнала отрицательной обратной связи, что позволяет регулировать параметры импульсов. Управляя шириной импульсов, легко организовать стабилизацию и регулировку выходных параметров, напряжения или тока. То есть это может быть как стабилизатор напряжения, так и стабилизатор тока.

Количество и полярность выходных значений может быть самым различным в зависимости от того, как работает импульсный блок питания.

РАЗНОВИДНОСТИ ПРИБОРОВ

Основные виды блоков питания:

• линейные;
• импульсные.

В состав устройств первого типа непременно входят трансформатор, конвертирующий исходное напряжение в более низкое, и выпрямитель, преобразующий переменный ток стандартной частоты (в России — около 50 герц) в постоянный, требуемый для работы бытовой или промышленной техники.

Дополнительными составляющими являются фильтр, предназначенный для нивелирования всплесков и провалов напряжения, стабилизатор, высокочастотный фильтр и защита от коротких замыканий.

Все эти компоненты позволяют получить на выходе идеально ровный сигнал, что особенно важно для чувствительных электроприборов: чем «чище» подаваемый на них ток, тем дольше они могут прослужить.

Плюсы линейных приборов:

• простота устройства и ремонта;
• повышенная надёжность;
• минимальный, вплоть до нулевого, процент помех и колебаний в выходном сигнале;
• доступность — трансформаторные устройства стоят сравнительно недорого.

Минусы линейных преобразователей:

• габаритность — занимают как минимум в два раза больше места, чем импульсные;
• массивность — характеристики используемых составляющих не позволяют сделать трансформаторные блоки лёгкими;
• невысокий КПД — потери энергии в сети с подключённым устройством составляют не менее 15%.

В импульсных, или инверторных блоках питания происходят более сложные преобразования: сначала переменный ток преобразуется в постоянный, а затем формируются импульсы высокой частоты, подаваемые, через малогабаритный высокочастотный трансформатор, на выпрямитель и фильтр ВЧ, затем выход.

Таким образом, устройства гарантируют более качественный переменный ток с отсутствием недопустимых перепадов, а преобразование его в постоянный осуществляется уже в «принимающих» приборах.

Основными элементами импульсных приборов являются:

• малогабаритные первичные преобразователи переменного напряжения в постоянное;
• стабилизаторы, работающие по принципу отрицательной обратной связи и гарантирующие «ровный» результирующий сигнал;
• низкочастотные фильтры, обеспечивающие отсутствие помех на выходе.

К дополнительным компонентам относятся иные или дублирующие фильтры, защита от короткого замыкания и нулевой нагрузки, а также трансформаторы выходного переменного сигнала в постоянный.

Плюсы импульсных устройств:

• небольшие габариты — такие устройства как минимум в два раза меньше линейных;
• небольшая масса — весят инверторные блоки сравнительно немного;
• высокий КПД — потери при включении оборудования в сеть лежат в диапазоне 2…10%.

Минусы импульсных приборов:

• сложность устройства и ремонта;
• большая, по сравнению с линейными блоками, стоимость;
• высокочастотные помехи, отрицательно сказывающиеся на работе чувствительных приборов.

В настоящее время и линейное, и импульсное оборудование оснащено стабилизаторами, позволяющими получить на выходе ровный, без резких скачков, сигнал. Стабилизированный блок питания продлевает срок службы бытовой и промышленной техники, а также, даже без использования дополнительной защиты, снижает риск короткого замыкания в сети.

Не следует путать такие устройства с бытовыми стабилизаторами напряжения 220 Вольт.