Блок питания - это важнейший компонент любого персонального компьютера, от которого зависит надежность и стабильность вашей сборки. На рынке довольно большой выбор продукции от различных производителей. У каждого из них по две-три линейки и больше, которые включают в себя еще и с десяток моделей, что серьезно запутывает покупателей. Многие не уделяют этому вопросу должного внимания, из-за чего часто переплачивают за избыточную мощность и ненужные "навороты". В этой статье мы разберемся, какой же блок питания подойдет для вашего ПК лучше всего?

Блок питания (далее по тексту БП), это прибор, преобразующий высокое напряжение 220 В из розетки в удобоваримые для компьютера значения и оснащенный необходимым набором разъемов для подключения комплектующих. Вроде бы ничего сложного, но открыв каталог , покупатель сталкивается с огромным числом различных моделей с кучей зачастую непонятных характеристик. Прежде, чем говорить о выборе конкретных моделей, разберем, какие характеристики являются ключевыми и на что стоит обращать внимание в первую очередь.

Основные параметры.

1. Форм-фактор . Для того, чтобы блок питания банально поместился в ваш корпус, вы должны определиться с форм-факторов, исходя из параметров самого корпуса системного блока . От форм-фактор зависят габариты БП по ширине, высоте и глубине. Большинство идут в форм-факторе ATX, для стандартных корпусов . В небольших системных блоков стандарта microATX, FlexATX, десктопов и других, устанавливаются блоки меньших размеров, такие как SFX , Flex-ATX и TFX .

Необходимый форм-фактор прописан в характеристиках корпуса, и именно по нему нужно ориентироваться при выборе БП.

2. Мощность. От мощности зависит, какие комплектующие вы сможете установить в ваш компьютер, и в каком количестве.
Важно знать! Цифра на блоке питания, это суммарная мощность по всем его линиям напряжений. Так как в компьютере основными потребителями электроэнергии являются центральный процессор и видеокарта, то основная питающая линия, это 12 В, когда есть еще 3,3 В и 5 В для питания некоторых узлов материнской платы, комплектующих в слотах расширения, питание накопителей и USB портов. Энергопотребление любого компьютера по линиям 3,3 и 5 В незначительно, по этому при выборе блока питания по мощности нужно всегда смотреть на характеристику "мощность по линии 12 В ", которая в идеале должна быть максимально приближена к суммарной мощности.

3. Разъемы для подключения комплектующих , от количества и набора которых зависит, сможете ли вы, к примеру, запитать многопроцессорную конфигурацию, подключить парочку или больше видеокарт, установить с десяток жестких дисков и так далее.
Основные разъемы, кроме ATX 24 pin , это:

Для питания процессора - это 4 pin или 8 pin коннекторы (последний может быть разборным и иметь запись 4+4 pin).

Для питания видеокарты - 6 pin или 8 pin коннекторы (8 pin чаще всего разборный и обозначается 6+2 pin).

Для подключения накопителей 15-pin SATA

Дополнительные:

4pin типа MOLEX для подключения устаревших HDD с IDE интерфейсом, аналогичных дисковых приводов и различных опциональных комплектующих, таких как реобасы, вентиляторы и прочее.

4-pin Floppy - для подключения дискетных приводов. Большая редкость в наши дни, поэтому такие разъемы чаще всего идут в виде переходников с MOLEX.

Дополнительные параметры

Дополнительные характеристики не так критичны, как основные, в вопросе: "Заработает ли этот БП с моим ПК?", но они так же являются ключевыми при выборе, т.к. влияют на эффективность блока, его уровень шума и удобство в подключении.

1. Сертификат 80 PLUS определяет эффективность работы БП, его КПД (коэффициент полезного действия). Список сертификатов 80 PLUS:

Их можно разделить на базовый 80 PLUS, крайний слева (белый), и цветные 80 PLUS, начиная от Bronze и заканчивая топовым Titanium.
Что такое КПД? Допустим, мы имеем дело с блоком, КПД которого 80% при максимальной нагрузке. Это означает, что на максимальной мощности БП будет потреблять из розетки на 20% больше энергии, и вся эта энергия будет преобразована в тепло.
Запомните одно простое правило: чем выше в иерархии сертификат 80 PLUS, тем выше КПД, а значит он будет меньше потреблять лишней электроэнергии, меньше греться, и, зачастую, меньше шуметь.
Для того, чтобы достичь наилучших показатель в КПД и получить "цветной" сертификат 80 PLUS, особенно высшего уровня, производители применяют весь свой арсенал технологий, наиболее эффективную схемотехнику и полупроводниковые компоненты с максимально низкими потерями. Поэтому значок 80 PLUS на корпусе говорит еще и о высокой надежности, долговечности блока питания, а так же серьезном подходе к созданию продукта в целом.

2. Тип системы охлаждения. Низкий уровень тепловыделения блоков питания с высоким КПД, позволяет применять бесшумные системы охлаждения. Это пассивные (где нет вентилятора вообще) , либо полупассивные системы , в которых вентилятор не вращается на небольших мощностях, и начинает работать, когда БП становится "жарко" в нагрузке.

При подборе БП стоит обратить внимание и на длину кабелей, основного ATX24 pin и кабеля питания CPU при установки в корпус с нижним расположением блока питания.

Для оптимальной прокладки питающих проводов за задней стенкой, они должны быть длиной как минимум от 60-65 см , в зависимости от размеров корпуса. Обязательно учтите этот момент, чтобы потом не возиться с удлинителями.
На количество MOLEX нужно обращаться внимание только если вы ищете замену для своего старого и допотопного системного блока с IDE накопителями и приводами, да еще и в солидном количестве, ведь даже у самых простых БП есть минимум пара-тройка стареньких MOLEX, а в более дорогих моделях их вообще десятки.

Надеюсь этот небольшой путеводитель по каталогу компании DNS поможет вам в столь сложном вопросе на начальном этапе вашего знакомства с блоками питания. Удачных покупок!

Самостоятельно опознать, сколько линий в том или ином БП можно по его этикетке - если линий больше одной, то максимальная нагрузка в амперах отдельно указана для каждой цепи +12В, которые обозначаются как "+12V1, +12V2 и т.п.". Собственно выходные линии по английски именуются "rails", и, соответственно, БП с одной выходной линией будет называть "single rail PSU", а с несколькими - "multiple rails PSU".

БП с одной линией +12В

БП с несколькими линиями +12В

Существуют несколько моделей БП, которые на самом деле имеют два источника напряжения +12В, но это, как правило, БП очень большой мощности (от 1000Вт). И в большинстве случаев, эти два выхода снова делятся на четыре, пять или шесть линий по соображениям безопасности. (А вот, например, у не делятся, и это не есть так уж плохо, о чём дальше и пойдёт речь)

В некоторых ещё более редких случаях две изначальных линии +12В могут быть объединены в один мощный выход.

Так зачем на самом деле надо разделять линии +12В?

Безопасность. По той же причине в домах, как правило, больше одного выключателя-предохранителя (получивших народное название "пакетники"). Конечная - цель ограничить ток по одной цепи величиной в 20A, чтобы температура несущего его проводника не стала опасной.

Защита от короткого замыкания срабатывает только при практически полном отсутствии сопротивления в закороченной цепи (т.е. например, когда оголённый провод попадает на "массу"), а в более сложных случаях, когда замыкание происходит на печатной плате или в электродвигателе, сопротивление в цепи остаётся достаточным, чтобы не сработала защита от короткого замыкания. В таком случае возникает очень большая нагрузка на цепь и быстрый рост силы тока в проводниках приводит, в первую очередь, к расплавлению изоляции и в дальнейшем - к пожару. Ограничение по току в каждой линии снимает эту проблему, т.е. вот чем объясняется необходимость деления выходов на отдельные линии с индивидуальными ограничителями.

Правда ли, что в некоторых БП с заявленными множественными линиями +12В не происходит никакого разделения линий вообще?

Да, это так. К счастью, это исключение из правил, а не норма. Делается это для сокращения расходов на разработку и производство. Зачем при этом заявляется что линий несколько - чтобы до конца соответствовать спецификации ATX12V, потому что в остальных характеристиках она соблюдается.

Почему такие БП остаются на рынке, а производители не имеют проблем с их сертификацией?

Да, потому что корпорация Intel недавно удалила требование разделения линий +12В из спецификации, но не стала широко анонсировать этот факт. Там лишь поменяли "требуется" на "рекомендуется", оставив производителей слегка озадаченными.

Даёт ли разделение линий +12В "чистые и более стабильные напряжения"?

Правда в том, что маркетологи постоянно подчёркивают этот факт, но обычно это не так, просто такое утверждение кажется более благозвучным, чем "Это БП вряд ли вызовет возгорание". А поскольку, как уже говорилось выше, все линии в большинстве случаев берут начало от одного источника, и при этом никакой дополнительной фильтрации не производится, то напряжения остаются такими же, если бы даже никакого деления не было.

Почему некоторые люди берутся утверждать, что БП с единым выходом +12В лучше? (просто замечательный пример - )

Было несколько компаний, производивших БП с четырьмя линиями 12В, которые в теории должны были выдавать более чем достаточный ток для high-end игровой станции и наткнувшихся на массу проблем. Делая БП в соответствии с серверной спецификацией EPS12V, все PCI-E 6-pin коннекторы выводились из общих линий +12В с нагрузочной способностью 18A, вместо отдельной. Эта линия легко перегружалась двумя мощными видеокартами вместе с другими возможными потребителями, что приводило к отключению ПК. Вместо "цивилизованного" решения проблемы эти производители вообще отказались от деления +12В выходов.

Сейчас БП "для энтузиастов" с несколькими линиями +12В имеют либо завышенную максимальную нагрузочную способностью линии, предназначенную для PCI-E коннекторов (и больше ничего к ней не подключается), либо две такие линии распределяются по четырём или даже шести коннекторам. А сертификация БП для SLI в любом случае требует наличия минимум отдельной линии +12В для PCI-E коннекторов.

Сделать БП с разделением линий стоит на 1,5 - 3 доллара США дороже для производителя, и в большинстве случаев эта сумма не перекладывается на покупателя, что уже принуждает маркетологов выдвигать теории, что БП с без разделения линий +12В ничем не хуже и даже лучше.

Но тем не менее, встречаются утверждения, что, например, БП с одной линией +12В лучше пригодны для оверклокинга и т.п. Но это больше похоже на плацебо-эффект, возникший из-за того, что, например, их предыдущий БП был неисправен, был недостаточно мощным или нагрузка была неправильно распределена по линиям.

Так получается, что у БП с распределением нагрузки +12В по нескольким линиям нет каких-то специфических недостатков?

Нет, вообще-то, это не так. Рассмотрим два примера:

Пример №1:

Одна модель БП номиналом 700Вт формально имеет достаточную мощность для любой SLI-системы из двух одночиповых видеокарт. Но у этого БП только два PCI-E коннектора, каждый из которых висит на собственной линии +12В. Проблема в том, что эти линии способы выдавать ток в 18 ампер, что почти в три раза больше, чем максимальный ток, на который рассчитан 6-pin PCI-E коннектор для видеокарт. Соответственно, при попытке установить две видеокарты, требующие по два таких коннектора, начинаются проблемы.

Было бы идеально, если бы на каждую из линий было подпаяно по два коннектора, но вместо этого приходится использовать переходники с "обычного" 4-pin Molex на PCI-E 6-pin, что приводит к перегрузке цепей, от которых питается весь остальной системный блок, при этом собственно "видеокарточные" цепи остаются сильно недозагруженными. Проблему мог бы решить переходник 6-pin PCI-E -> 2x 6-pin PCI-E в двух экземплярах, но распространённым его назвать нельзя. Так что в подобной ситуации самым лучшим решением проблемы (помимо замены БП) остаётся самостоятельная подпайка двух PCI-E коннекторов к двум соответствующим линиям.

Пример №2:

Термо-электрические кулеры(также называемые кулерами на основе элемента Пельтье), потребляют достаточно много энегрии и обычно запитываются от коннекторов типа Molex. Некоторые модели вообще используют свой отдельный БП.

Так вот, если вы используете БП с разделением линий и запитали ваш элемент Пельтье от одного из молексов, то он оказывается на одной линии с накопителями, вентиляторами и т.д., то также возможна перегрузка этой линии, поскольку пересадить его на другие линии, предназначенные для питания видеокарт невозможно без существенных ухищрений. Естественно, что БП с одной линией +12В был бы лишён каких-либо проблем в такой ситуации.

Типичные конфигурации для нескольких линий +12В:

• 2 x 12В линии, пример -
  Это оригинальная спецификация ATX12V для деления +12В линий. Одна - для процессора, другая - для всего остального. Очень маловероятно, что в число "всего остального" сможет уместиться современная high-end видеокарта с высоким энергопотреблением. Такое деление можно было увидеть только на БП мощностью меньше 600Вт.
• 3 x 12В линии, пример -
  Модифицирования спецификация ATX12V с учётом использования PCI-E коннекторов для питания видеокарт. Одна линия на процессор, одна - для PCI-E коннекторов и третья - для всего остального. Прекрасно работает даже с некоторым SLI-конфигурациями, но не рекомендуется для двух видеокарт, требующих четыре PCI-E коннектора в сумме.
• 4 x 12В линии (EPS12V), пример -
  В оригинале такая конфигурация требовалась спецификацией EPS12V. Поскольку типичные применения таких БП подразумевают их использование в двухпроцессорных системах, две линии +12В предназначены исключительно для питания процессоров через 8-pin коннекторы. Всё остальное, включая накопители и видеокарты, приходится на две оставшиеся линии. В настоящее время nVidia не сертифицирует такие БП для SLI, поскольку отдельной +12В линии для видеокарт в таких БП нет. В сегменте БП, не предназначенных для серверов таких БП больше не будет, несколько 700-850Вт моделей, сделанных по такой архитектуре для рынка игровых ПК, уже сняты с производства.
• 4 x 12В линии (Наиболее популярная раскладка в сегменте "ПК для энтузиастов"), пример -
  "Модернизированный" ATX12V, похожий на 3 x 12В, кроме того факта, что от двух до шести PCI-E коннекторов распределены между двумя дополнительными линиями +12В. Такая схема наиболее часто встречается в БП мощностью от 700 до 1000Ватт, хотя при мощности 800Ватт и более на некоторые из линий могут приходиться гораздо больше, чем 20Ампер, что не совсем стандартно, но, похоже, уже стало общепринятой практикой, пример -
• 5 x 12В линий, например -
  Такие БП можно назвать гибридом EPS12V/ATX12V. Два процессора с собственными линиями питания, также две линии достаются PCI-E коннекторам. Мощность таких БП обычно составляет от 850 до 1000Ватт.
• 6 x 12В линий, пример -
  Наиболее привлекательный и универсальный вариант, поскольку он, соответствуя требованиям спецификации EPS12V может иметь четыре-шесть PCI-E коннекторов без превышения тока в 20A ни по одной из линий (хотя на практике это ограничение, как вы уже видели, трактуется весьма вольно). Две линии достаются процессорам, две - видеокартам, две - всему остальному. Такую конфигурацию можно увидеть в БП мощностью 1000Ватт и более.

В качестве вывода можно заметить тот факт, что 99% пользователей никогда не задумаются о том, общую или раздельные линии +12В имеет их БП. Возможно, маркетологи и далее будут расхваливать достоинства обоих вариантов, а критерии для покупки БП все равно останутся прежними:

• Достаточная мощность для выбранной конфигурации.
• Достаточное количество подходящих коннекторов для выбранной конфигурации.
• Сертификация SLI или CrossFire при использовании соотвествующей MultiGPU конфигурации.

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.

И совместимость блока питания с ИБП (источником бесперебойного питания).
Стандарт форм-фактора АТХ определяет размер, конструкцию и другие характеристики блока питания, а также допустимые отклонения напряжений при нагрузке. Этот стандарт мы и будет рассматривать.
На данный момент существуют такие версий стандарта АТХ:

1. ATX 1.3
2. ATX 2.0
3. ATX 2.2
4. ATX 2.3

Основные различия версий стандартов АТХ заключаются во введении более новых разъемов и новых линий питания. В первой серии в основном использовалась линия +5 В, а во второй +12 В.

Подробно о версиях ATX блока питания

Одним из главных разработчик форм-фактора ATX является компания . Вся документация расположена на официальном сайте www.formfactors.org, в них описаны требования к производителям материнских плат, блоков питания и корпусов. Требования и рекомендации к блокам питания регламентирует документ под названием ATX12V Power Supply Design Guide (PSDG).

Стандарт ATX12V был выпущен при переходе на новую архитектуру NetBurst. Главное нововведение в ATX12V, при сравнению с ATX 1.3, стала смена питания от +12В, а не от +5В и добавление нового разъема питания 4-pin +12В (разъема не должно быть, если максимальный возможный ток по +12В меньше 10А).

Версии ATX 1.1 , была представлена в августе 2000 года. О версиях 1.0, 1.2 упоминаний на официальном сайте нет, однако информацию о них можно прочитать на других ресурсах.

Версия ATX 1.3 вышла в апреле 2003 года. Если сравнивать с предыдущей версией 1.1, то были введены новые требования по токам, убрано напряжение в -5В, добавлены требования к обработке сигнала PS_ON#, а также добавлено упоминание кабеля питания для .

Версия ATX 2.0 , по сравнению с версией ATX 1.3, была значительно изменена. В первую очередь по токам — было увеличено энергопотребления по +12В и уменьшено по +3.3 и +5В. Была введена стандартизация блоков питания 350W и 400W (если выше 300W, то рекомендовано 16 AWG провода). Был заменен кабель питания ATX на 24-pin вместо 20-pin, а также добавлены +3.3, +5, +12В, COM («земля»), питание для устройств и кабель питания для .
Разъем 24-pin ATX полностью совместим с 20-pin ATX как механически, так и электрически.

В версиях ATX 2.01 и ATX 2.2 была введна стандартизация блока питания мощностью 450W; упрощены требования к токам по линиям +3.3В, +5В, +12В; повышены требования к КПД по +5В stand by.

Самыми основными потребителя электроэнергии являются процессоры и видеокарты, питания которых проходит по линии в +12 В. Если установить, казалось бы, обычную конфигурацию процессора и видеокарты (к примеру: AMD Athlon 3000+ и GeForce 7600 GT), и обеспечить их питанием от блока мощностью 400 W, то «получим перекос» напряжений. Линия питания +12 В просядет, а линия +5 В перевесится. И как следствие – самостоятельная перезагрузка компьютера (или при запуске или при нагрузке), синие экраны смерти, выключение компьютера и т.д. Проблема в том, что старых блоков питания главной линией является +5 В, а для процессора и видеокарты нужна линия на +12 В, которая оказалась полностью перегруженной.

3R System Dynamic RPS 300

Chieftec HPC-360-202

Chieftec HPC-420-302DF

Cybermark ATX350W&P4

Cybermark ATX400W&P4

FSP ATX-300GTF

GIT KP-300UPF (300W)

KM Korea GP-300ATX

KYP-375ATX (300W)

Macropower MP300AR

Заключение