Как выбрать блок питания компьютера.
Как выбрать блок питания компьютера? Как правильно подобрать блок питания, чтобы он служил вам верой и правдой долгие годы? Ведь в магазинах, несведущему покупателю не редко впаривают туфту за приличные деньги. После прочтения данной статьи, наши читатели сами смогут сделать правильный выбор в магазине, не уповая на консультанта.
Как выбрать блок питания компьютера?
Блок питания – это одно из обязательных комплектующих устройств компьютера. Он подаёт электроэнергию на все внутренние узлы. Блоки питания не редко идут в комплекте с компьютерным корпусом. С точки зрения финансов это выгодно, но такие блоки питания подходят лишь для маломощных офисных компьютеров. Для мощных игровых компьютеров лучше БП купить отдельно. Тогда встаёт вопрос: «Как правильно подобрать блок питания для ПК?«
От правильного выбора блока питания зависит, как долго он прослужит, а также будут ли другие комплектующие компьютера работать в правильных режимах. Поэтому стоит серьёзно к этому отнестись. На какие характеристики стоит заострить своё внимание при выборе БП?
Мощность блока питания
Как определить, какой мощности блок питания вам необходимо купить? Для этого, нужно узнать максимальную потребляемую мощность при пиковых нагрузках вашего процессора, видеокарты, памяти и других подключённых устройств. Потом нужно сложить все эти цифры и полученная сумма будет равна минимальной необходимой мощности БП.
Вот приблизительная потребляемая мощность различными устройствами компьютера (измеряется в ваттах):
- Материнская плата (до 100W);
- процессор (колеблется от 25 до 250W в зависимости от модели);
- кулеры (до 6 W);
- видеокарта (от 40 до 300W);
- модули оперативной памяти (около 3 W);
- жесткие диски и SSD (до 15W);
- CD/DVD-приводы (до 35 W);
Для расчёта необходимой мощности можно воспользоваться специальными сервисами либо самому произвести расчёт. На официальных сайтах производителей устройств в характеристиках всегда указывается и информация об их мощности.
Сила тока на линии +12 Вольт
Ещё одним важным параметром при выборе блока питания является величина силы тока на линии +12 Вольт. Дело в том, что блок питания преобразует переменный ток с напряжением 220 Вольт из розетки в постоянный с напряжением +3.3 Вольт, +5 Вольт и +12 Вольт. Общая мощность БП складывается из суммы мощностей, которые он выдаёт по каждой из 3-х указанных линий.
• Линия +3.3 Вольт питает планки оперативной памяти
• Линия +5 Вольт питает материнскую плату, SSD диски, жесткие диски и оптические приводы.
• Линия +12 Вольт питает самые энергозависимые устройства компьютера. Это центральный процессор и видеокарта, а также все кулеры (вентиляторы). И на эту линию ложится основная нагрузка.
Некоторые БП не выводят на эту линию (+12В) нужную силу тока. К чему это приводит? Допустим общая необходимая нам мощность при расчёте (это на процессор, материнку и все остальные устройства в компьютере) составила 400 Ватт. И блок питания допустим, тоже соответствует этой общей мощности. Но, если этот блок питания не будет выдавать достаточной мощности по линии +12Вольт, то компьютер не будет работать. Некоторые БП компенсируют необходимую мощность на линиях +3.3В и +3.5В, то есть на линиях где такая мощность в общем то и не особо нужна.
Блок питания нужно выбрать такой, чтобы именно на линии +12В выдавал силу тока для процессора и видеокарты с запасом.
Как узнать необходимую для компьютера силу тока по линии +12В?
Так как по данной линии в компьютере питаются процессор и видеокарта, то необходимо узнать какая максимальная сила тока требуется этим устройствам. Если у вас несколько видеокарт, то нужно сложить необходимую им силу тока тоже. К полученной сумме нужно еще добавить 25% для запаса.
Сила тока необходимая для работы устройства, как правило, указывается в характеристиках на сайте производителя. Если таких данных там нет, то мы можем сами её рассчитать. Из школьного курса физики мы помним (кто то помнит, а кто то и не очень :)), что сила тока измеряется в Амперах (I). Рассчитать силу тока можно с помощью мощности и напряжения. Мощность измеряется в Ваттах (P), а напряжение в Вольтах (U). Сила тока на участке цепи (I) равна отношению мощности тока (P) к напряжению (U).
Мощность тока необходимого для процессора и видеокарты указывается в характеристиках на сайте производителя. А напряжение мы с вами знаем. Это 12 Вольт. Таким образом, чтобы узнать необходимую для компьютера силу тока по +12В нам нужно мощность устройства разделить на 12.
Какая сила тока по линии +12В нужна компьютеру с процессором Intel Core i9-9900 и видеокартой NVIDIA GeForce RTX 3080?
Энергопотребление указанного процессора 65Вт, а видеокарты 320Вт. Расчёт:(320+65)/12+25%=40А
Значит, для такого компа на линии +12Вольт нужна сила тока не менее 40 Ампер.
Как узнать силу тока блока питания по линии +12В
Мы с вами выяснили, как можно вычислить необходимую силу тока на линии +12Вольт для компьютера. А как узнать какую силу тока по линии +12В выдаёт тот или иной блок питания? Очень просто. На крышке самого блока питания указывается сила тока по всем 3 линиям, в том числе и по линии +12В.
Как видно на картинке, БП Air Max общей мощностью 600W по линии +12В выдаёт силу тока в 40(А).
Качество изготовления БП.
Как выбрать блок питания компьютера в магазине? Способов оценки качества БП в магазине у покупателя не много. Но парочку косвенных показателей качества все же стоит затронуть. Это цена и как ни странно вес изделия. Чем тяжелее блок, тем меньше сэкономили на его материалах. В дешёвых БП будет отсутствовать большая часть деталей, которая есть в дорогих моделях. Эти недостающие детали обеспечивают стабильную работу блока питания в условиях высоких нагрузок и перепадов напряжения.
На картинке выше в разобранном виде показана плата дешевого БП. На ней красным обведены места с перемычками, которые у нормальных блоков заменяются дросселями, конденсаторами и другими более надежными элементами.
Такие блоки на много быстрее выходят из строя и вместе с собой могут утащить и более дорогие комплектующие компьютера. Такие блоки питания подойдут для простеньких офисных систем, способных работать только с текстом. Для мощных игровых систем стоит покупать тяжёлые модели от тех производителей, которые уже давно хорошо себя зарекомендовали на рынке блоков питания (Chiftec, Zalman, Thermaltake, Coolermaster, FSP и другие).
Сертификаты 80 PLUS или Коэффициент полезного действия (КПД).
Каждый блок питания имеет свою энергоэффективность, то есть какой процент электроэнергии теряется при преобразовании переменного тока напряжением 220 или 115 вольт в постоянный ток напряжением 12В, 5В и 3.3В. Данный показатель называют коэффициентом полезного действия (сокращённо КПД). 80 PLUS — это программа по развитию энергоэффективности в компьютерных БП. Практически у любого БП КПД бывает выше 60-70%, а стандартно хорошим показателем считается КПД 80% и выше.
Вот таблица классификации уровней энергоэффективности сертификатов.
| Тип тестирования | 115 В | 230 В | Коэффициент мощности | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Нагрузка | 10 % | 20 % | 50 % | 100 % | 10 % | 20 % | 50 % | 100 % | |||
| 80 PLUS | — | 80 % | 80 % | 80 % | — | 80 % | 80 % | 80 % | 0,8 при 100%-й нагрузке | ||
| 80 PLUS Bronze | — | 82 % | 85 % | 82 % | — | 81 % | 85 % | 81 % | 0,9 при 50%-й нагрузке | ||
| 80 PLUS Silver | — | 85 % | 88 % | 85 % | — | 85 % | 89 % | 85 % | |||
| 80 PLUS Gold | — | 87 % | 90 % | 87 % | — | 88 % | 92 % | 88 % | |||
| 80 PLUS Platinum | — | 90 % | 92 % | 89 % | — | 90 % | 94 % | 91 % | 0,94 при 50%-й нагрузке | ||
| 80 PLUS Titanium | — | 92 % | 94 % | 90 % | 90 % | 94 % | 96 % | 91 % | 0,95 при 50%-й нагрузке | ||
Источник таблицы: Википедия.
О принадлежности БП к тому или иному стандарту может свидетельствовать соответствующая иконка на крышке.
Если в качестве примера взять блок питания мощностью 600Вт с сертификатом 80 Plus Gold, то при полной нагрузке он будет потреблять 660-682 Вт от сети (600*100/88). Из них 600Вт пойдёт на питание комплектующих компьютера, а 60-82Вт будет идти на нагрев БП. Так как, блоки питания с высоким КПД менее подвержены нагреву, то и необходимость установки на них мощной системы охлаждения отсутствует. Поэтому система охлаждения на таких БП более тихая.
Помимо этого, из таблицы видно, что блоки питания с 80 Plus сертификатами, наилучшую энергоэффективность выдают при нагрузке в 50%. Поэтому нет смысла покупать БП с 1000ВТ и выше для простых систем (которым хватает 400-500Вт), с одной видеокартой и процессором, так как такая система не сможет нагрузить такой БП даже в половину.
Система коррекции коэффициента мощности (PFC)
PFC – Power Factor Correction, в переводе с англ. система коррекции коэффициента мощности. Зачем эта система нужна? Дело в том, что компьютерные блоки питания импульсные и поэтому создают в сети много электромагнитных помех. Те кто в теме знают, что PFC снижают потребляемую блоком «реактивную мощность», другими словами уменьшает помехи. Подробнее можете об этом почитать на Википедии.
PFC бывает 2 видов: пассивный и активный.
- Пассивная система PFC имеет низкую эффективность (до 75%). Она простая по конструкции, недорогая в производстве и соответственно блоки с такой системой дешевле.
- Активная система PFC имеет эффективность 95% и выше. Такие системы сложные по конструкции и БП с ними дороже.
Главное преимущество блоков питания с активной системой PFC для покупателя в том, что они менее чувствительны к перепадам напряжения в сети и меньше помех. и если есть возможность, то лучше брать конечно БП с активным PFC, так как у пассивных систем PFC нет никаких преимуществ. Тип системы PFC как правило указывается на крышке блока питания, пометкой типа «Active PFC» и «Passive PFC«.
БП с сертификатом 80PLUS всегда имеют активную систему PFC.
Как выбрать блок питания компьютера? Кабели и разъёмы.
Немаловажным критерием при выборе блока питания является наличие у него всех необходимых кабелей и разъёмов, с помощью которых обеспечиваются питанием все комплектующие компьютера. Как правило у блока питания на сегодняшний день на кабелях 5 основных разновидностей разъёмов:
- Основной 24-х контактный (или как еще говорят 24-х пиновый) разъём. Через него обеспечивается питанием материнская плата. Также, с помощью него, материнская плата управляет включением и отключением самого БП. Такой разъём бывает всего один.
На некоторых старых материнках этот разъём был 20-ти контактный. Поэтому некоторые БП оснащаются 20+4 пиновым разъёмом. На картинке справа, как раз такой формат. 4-х или 8-ми контактный разъём для питания центрального процессора (CPU). В большинстве блоков питания это 4-х контактный разъём. 8-ми (4+4) контактный подключается только для очень мощных процессоров, которые используются в серверных решениях либо энтузиастами. Подключается такой разъём в специальное гнездо на материнской плате. PCI-E разъём для питания видеокарты. Раньше для видеокарт не требовалось дополнительное питание. Но вот почти все современнные видеокарты нуждаются в доп. питании. Как правило это 6-ти контактный разъём и обычно блок питания оснащается 2 такими разъёмами (для систем, в которых используется две видеокарты). Для мощных видеокарт используется уже 8-ми контактный разъём, формата 6+2 (при покупке БП стоит это учесть). 4-х контактный MOLEX разъём, который в основном использовался для питания старых винчестеров, оптических приводов и других устройств. Molex становится «универсальным разъём», если использовать специальные переходники. С помощью него таким образом можно обеспечить питанием любое устройство, с напряжением 12 или 5 Вольт. Таких разъёмов в БП бывает несколько. SATA разъём, который обеспечивает питанием жёсткие диски и SSD диски. К материнке подключается с помощью специального интерфейса SATA. Таких разъёмов в БП бывает несколько. Если же их не хватает, то с помощью переходников можно подключить устройство к разъёму Molex.
В блоках питания могут быть и иные разъёмы, но они не обязательны, и без них обычно можно обойтись.
Модульность блоков питания
На некоторых компьютерных блоках питания все кабели можно отстегивать. Такие БП называют модульными. Есть еще модели, где отстегивать можно лишь часть кабелей. Такие модели называют полу модульными. У обычных БП кабели намертво прикреплены и их не отстегнуть, даже если половину из них вы не используете. У таких блоков, чтобы кабели не болтались, их привязывают внутри корпуса компьютера. Болтающиеся кабели внутри корпуса ухудшают циркуляцию воздуха и собирают пыль, что плохо сказывается на системе охлаждения.
Модульные блоки дороже обычных. Преимущества таких блоков в том, что можно отсоединить не используемые кабели. Полу модульные отличаются тем, что в них не все кабели отстегиваются. В них не отстегиваются кабели питания материнской платы и ЦП, так как они используются в любом случае во всех системах.
Система охлаждения БП
При выборе блока питания компьютера, также стоит уделить внимание системе его охлаждения. Не стоит покупать БП с маленькими вентиляторами (например 80 мм), так как из-за маленькой площади лопастей, такому вентилятору приходится повышать обороты, и это создаёт много шума, не говоря уже о неэффективном охлаждении. Лучше предпочтение отдать блокам питания с большими кулерами. Им для эффективного охлаждения хватает малых оборотов.
Ещё лучше, если на БП установлена пассивная или полу пассивная система охлаждения. В пассивной системе вообще нет кулеров. Но такие блоки дороже. При полу пассивной системе охлаждения, кулер вообще не крутится до определённой нагрузки на БП. Он начинает крутиться при повышении предельно допустимой нагрузки.
Послесловие:
Объёмная получилась статья. Но зато очень информативная. Ознакомившись с информацией из публикации вы уже легко сможете ответить на вопрос: Как выбрать блок питания компьютера?
блок питания какой ток выпускает? переменный или постоянный? Мне надо тестировать напряжения. мультиметром
Если про блок питания на компьютере, то там на картинке на нем все расписано по цветам проводов и то что напряжение постоянное (+ и -) относительно корпуса или черных проводов которые являются земляными.
Чтобы запустить на столе без участия компьютера соединить зеленый провод с любым черным рядом расположенным.
Другие блоки питания могут выдавать все что угодно и переменное напряжение тоже.
Что такое блок питания.
Блок питания – это устройство, которое используется для создания напряжения, необходимого для работы компьютера, из напряжения домашней электросети. В России блок питания (в дальнейшем просто БП) преобразует переменный электрический ток домашней электрической сети напряжением 220 В и частотой 50 Гц в заданный постоянный ток. В разных странах стандарты домашней электросети отличаются. В США, к примеру, в дома обычных жителей подаётся переменный ток напряжением 120 В и частотой 60 Гц.
Для расчёта сопротивления проводника вы можете воспользоваться калькулятором расчета сопротивления проводника.
Виды блоков питания и их различия.
Существуют два основных вида блоков питания: трансформаторные и импульсные. Ниже будут рассмотрены их устройства и различия, а также преимущества и недостатки.
Трансформаторный блок питания и его устройство.
Этот вид блока питания является классическим и, одновременно, простейшим. Ниже представлена его схема с двухполероудным выпрямителем:
Важнейшим элементом этого вида БП является понижающий трансформатор (вместо которого может быть использован автотрансформатор). Первичная обводка этого элемента как раз и рассчитана на входящее сетевое напряжение. Ещё одна важная деталь такого БП – это выпрямитель. Он выполняет функцию преобразования переменного напряжения в однонаправленное и пульсирующее постоянное. В подавляющем большинстве случаев используются однополупериодный выпрямитель или двухполупериодный. Первый состоит из одного диода, а последний из четырёх диодов, которые образуют диодный мост. В некоторых случаях могут использоваться и другие схемы этого элемента, например, в трёхфазных выпрямителях или выпрямителях с удвоенным напряжением. Последней важной деталью трансформаторного БП является фильтр, который сглаживает пульсации, создающиеся выпрямителем. Обычно эта деталь представлена конденсатором с большой ёмкостью.
Габариты трансформатора. Из базовых законов электротехники выводится следующая формула:
В этой формуле n – это число витков на 1 вольт, f – частота переменного тока, S – площадь сечения магнитопровода, B – индукция магнитного поля в магнитопроводе.
Формула описывает не мгновенное значение, а амплитуду B!
Практически величина индукции магнитного поля (B) ограничена гистерезисом в сердечнике. Это приводит к перегревам трансформатора и потерям на перемагничивании.
Если частота переменного тока(f) равна 50 Гц, то изменяемыми параметрами при конструировании трансформатора остаются только S и n. На практике используется такая эвристика: n (в значении от 55 до 70) / S в см^2
Увеличение площади сечения магнитопровода (S) приводит к повышению габаритов и веса трансформатора. Если же понижать значение S то этим повышается значение n, что в трансформаторах небольшого размера приводит к снижению сечения провода (в противном случае обмотка не поместится на сердечнике)
При увеличении значения n и уменьшения площади сечения происходит значительное увеличении активного сопротивления обмотки. В трансформаторах с малой мощностью на это можно не обращать внимания, поскольку ток, проходящий через обмотку, невелик. Однако, при повышении мощности ток, проходящий через обмотку, увеличивается, а это вместе с высоким сопротивлением обмотки приводит к рассеиванию значительной тепловой мощности.
Всё вышесказанное приводит к тому, что стандартной частоте 50 Гц трансформатор большой мощности (необходимой для питания компьютера) может быть сконструирован только как устройство, имеющее большой вес и габариты.
В современных БП идут по другому пути – увеличивания значения f, которое достигается использованием импульсных блоков питания. Такие БП намного легче и в значительной степени меньше по габаритам, чем трансформаторные. Также импульсные БП не столь требовательны к входному напряжению и частоте.
Преимущества трансформаторных БП
- Простота изделия;
- Надёжность конструкции;
- Доступность элементов;
- Отсутствие создаваемых радиопомех.
Недостатки трансформаторных БП
- Большой вес и габариты, которые увеличиваются вместе с мощностью;
- Металлоёмкость;
- Необходимость компромисса между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения.
Импульсный БП и его устройство.
Ниже представлена схема одноконтактного импульсного БП (эта схема является простейшей):
Фактически блоки питания импульсного вида являются инверторной системой. В этом БП входящая в него электроэнергия сначала выпрямляется (т. е. образуется постоянный электрический ток), а после этого преобразуется в прямоугольные импульсы определённой частоты и скважности. После этого эти прямоугольные импульсы на трансформатор (в случае если конструкция БП включает в себя гальваническую развязку) или же сразу на выходной ФНЧ (в случае если отсутствует гальваническая развязка). Из-за того, что в импульсных БП с ростом частоты повышается эффективность работы трансформатора и в значительной степени снижается требование к сечению сердечника, в них могут применяться гораздо более малогабаритные трансформаторы чем в классических решениях.
В большинстве случаев сердечник трансформатора импульсного вида может быть выполнен из ферримагнитных материалов, в отличии от низкочастотных трансформаторах, в которых используется электротехническая сталь.
Стабилизация напряжения в импульсных блоках питания обеспечивается путём отрицательной обратной связи. Она позволяет поддерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне. Такая связь может быть сконструирована различными способами. В случае наличия в конструкции БП гальванической развязки чаще всего используют способ использования связи посредством одной из выходных обмоток трансформатора или же способ оптрона. Скважность на выходе ШИМ-контроллера зависит от сигнала обратной связи, который, в свою очередь, зависит от выходного напряжения. В том случае, если развязка в БП не предусмотрена, используется обычный резистивный делитель напряжения. Благодаря этому импульсные блоки питания могут поддерживать стабильное выходное напряжение.
Анатомия. Из чего состоит блок питания?
Он есть в каждом компьютере, ноутбуке и приставке. Он не влияет на вашу частоту кадров и майнинг биткоинов. У него нет миллиардов транзисторов, и в его производстве не используются новейшие полупроводниковые техпроцессы. Звучит скучно? Ничуть! Без этой штуки наши компьютеры абсолютно ничего бы не сделали.
БП, они же блоки питания (англ. PSU, Power Supply Units), не взрывают заголовки журналов как новейшие процессоры, но это интереснейшие технологии, заслуживающие нашего внимания. Так что надевайте белые халаты, маски, перчатки и приступим к вскрытию нашего скромного парнишки – блока питания, разберём его на части и рассмотрим, чем занимается каждый его орган.
И да, совсем недавно мы разбирались как правильно выбрать Блок питания. Рекомендуем к прочтению.
Что это и с чем это едят?
Многие компьютерные компоненты имеют названия, требующие чуточку технических знаний, чтобы понять, что это и зачем (например, твердотельный накопитель), но в случае блока питания всё довольно очевидно. Это блок, обеспечивающий питание.
Но мы же не можем на этом поставить точку, с гордостью заявив «статья готова». Наш цикл статей посвящен внутреннему строению, и на операционном столе у нас лежит подопытный – Cooler Master G650M. Это довольно типичный представитель, с характеристиками, подобными десяткам других моделей, но у него есть одна особенность, встречающаяся не во всех блоках питания.
Официальное фото блока питания Cooler Master.
Это блок питания стандартного размера, соответствующий форм-фактору ATX 12V v2.31, поэтому он подходит для многих компьютерных корпусов.
Есть и другие форм-факторы – например, для малых корпусов, либо вовсе уникальные по спецзаказу. Не каждый блок соответствует точным размерам, установленным стандартными форм-факторами – они могут быть одинаковой ширины и высоты, но отличаться по длине.
Этот блок питания от Cisco специально спроектирован для серверных стоек
В маркировке PSU обычно указывается их основной параметр – максимально обеспечиваемая мощность. В случае с нашим Cooler Master, это 650 Вт. Позже мы поговорим, что это на самом деле значит, а пока лишь заметим, что есть и менее мощные БП, поскольку не всем компьютерам требуется именно столько, а некоторым достаточно даже на порядок меньше. Но всё-ж большинство настольных компьютеров обеспечены питанием в диапазоне от 400 до 600 Вт.
Блоки питания вроде нашего собираются в прямоугольных, зачастую неокрашенных, металлических корпусах, отчего бывают достаточно увесистые. У ноутбуков блок питания практически всегда внешний, в пластиковом корпусе, но его внутренности очень схожи с тем, что мы увидим у рассматриваемого нами БП.
Источник фотографии nix.ru
Большинство типичных блоков питания оснащены сетевым выключателем и кулером для активной терморегуляции, хотя в ней не все БП нуждаются. И не у всех из них есть вентиляционная решётка – у серверных версий, в частности, это редкость.
Ну что-ж, как вы можете видеть на фото выше, мы уже вооружены отверткой и готовы приступить к вскрытию нашего экземпляра.
Немного теории
Но прежде чем мы начнем копаться во внутренностях, давайте зададимся вопросом, действительно ли блок питания настолько необходим? Почему нельзя подключить компьютер напрямую к розетке? Ответ заключается в том, что компьютерные комплектующие рассчитаны на совсем другое напряжение, нежели сетевое.
На графике ниже показано, каким должно быть электричество сети (в США = синяя и зеленая кривые; Великобритания = красная кривая). Ось X представляет время в миллисекундах, а ось Y – напряжение (voltage) в вольтах. Проще всего понять, что такое напряжение, глядя на разность энергий между двумя точками.
Если напряжение приложено к проводнику (например, к металлической проволоке), разница в энергии заставит электроны в материале проводника течь от более высокого энергетического уровня к более низкому. Электроны – составляющие атомов, из которых состоит проводник, и металлы имеют много электронов, которые могут свободно перемещаться. Этот поток электронов называется током (current) и измеряется в амперах.
Хорошую аналогию можно провести с садовым шлангом: напряжение сродни давлению, которое вы используете, а расход воды – это ток. Любые ограничения и препятствия в шланге – по сути как электрическое сопротивление.
Мы видим, что электричество в сети варьируется с течением времени, из-за чего оно называется напряжением переменного тока (AC, alternating current). В США сетевое напряжение меняется 60 раз в секунду, достигая пиковых значений 340 В или 170 В, в зависимости от местоположения и способа подключения. В Великобритании пиковые напряжения пониже, и частота этих колебаний также немного отличается. Большинство стран придерживаются схожих стандартов сетевого напряжения, и лишь в немногих странах пиковые напряжения более низкие или более высокие.
Потребность в блоке питания заключается в том, что компьютеры не работают с переменным током: им нужно постоянное напряжение, которое никогда не меняется, и кроме того – гораздо более низкое. На том же графике оно будет выглядеть примерно вот таким:
Но современному компьютеру требуется не одно постоянное напряжение, а четыре: +12 вольт, -12 вольт, +5 вольт и +3,3 вольта. И поскольку эти значения не меняются, такой ток называется постоянным (DC, direct current). Преобразование тока из переменного в постоянный (т.н. выпрямление) – одна из основных функций блока питания. Пришло время вскрыть его и посмотреть, как он это делает!
Преобразование тока из переменного в постоянный – одна из основных функций PSU. Пришло время посмотреть, как он это делает!
Здесь мы должны предупредить вас, что в блоке питания есть элементы, накапливающие электричество, в том числе смертельное. Поэтому разбирать PSU потенциально опасно.
Официальное фото блока питания Cooler Master.
Принцип работы этого блока питания аналогичен многим другим, и хоть маркировки на различных деталях внутри будут отличаться, принципиальных различий это не делает.
Разъём сетевого шнура находится в верхнем левом углу фотографии, и ток по сути идет по часовой стрелке, пока не достигнет выхода из блока питания (пучок цветных проводов, нижний левый угол).
Источник фото techspot.com
Если мы перевернем плату, мы увидим, что по сравнению с материнской платой, проводники и соединения на ней более широкие и массивные – это потому, что они рассчитаны на более высокие токи. Также, бросается в глаза широкая полоса в середине, будто текущая по равнине река.
Это снова говорит о том, что все блоки питания имеют два четко разделённых узла: первичный и вторичный. Первый – это настройка входного напряжения, чтобы его можно было эффективно понижать; второй – это все настройки уже выпрямленного и пониженного напряжения.
Фильтрация
Первое, что блок питания делает с сетевым электричеством, это не выпрямление и не понижение, а выравнивание входного напряжения. Поскольку в наших домах, офисах и на предприятиях имеется множество электрических устройств и приборов, постоянно включающихся-выключающихся, а также излучающих электромагнитные помехи, переменный ток в сети часто бывает «скомканный» и со случайными скачками и перепадами (частота также не постоянна). Это не только затрудняет блоку питания выполнять преобразования, но может вывести из строя некоторые элементы внутри него.
Наш БП имеет две ступени так называемых входных фильтров (transient filter), первая из которых построена сразу на входе с помощью трёх конденсаторов. Она выполняет роль, похожую на роль «лежачего полицейского» на дороге – только вместо скорости, этот фильтр гасит внезапные скачки входного напряжения.
Источник фото techspot.com
Вторая ступень фильтра более сложная, но в сущности делает то же самое.
Желтые кирпичики – это снова конденсаторы, а вот зеленые кольца, обмотанные медным проводом, это индуктивные катушки (хотя при таком использовании их обычно называют дросселями). Катушки накапливают электрическую энергию в магнитном поле, но энергия при этом не теряется, а за счет самоиндукции плавно возвращается обратно. Таким образом, внезапно появившийся высокий импульс (скачок) поглощается магнитным полем дросселя, чтобы на выходе дать ровное напряжение без всяких скачков.
Два маленьких синих диска – ещё одни представители многообразия конденсаторов, а чуть ниже них (зелёный, с длинными ножками, обтянутыми черными изоляторами) – металлооксидный варистор (MOV). Они также используются для защиты от скачков входного напряжения. Подробнее о различных типах входных фильтров можно прочитать здесь.
Источник фото techspot.com
По этому узлу блока питания часто можно определить, насколько производитель сэкономил, или к какому бюджетному классу принадлежит девайс. Более дешевые будут иметь упрощённую фильтрацию входа, а самые дешёвые и вовсе не иметь таковой (избегайте таких!).
Теперь, когда напряжение выровнено и причёсано, ему дозволяется идти дальше – собственно, к преобразованию.
Преобразование
Как мы уже сказали, блоку питания нужно изменить напряжение переменного тока, которое в американских розетках обычно в районе 120 вольт (технически, это среднеквадратичные 120 вольт, но мы не будем так язык выламывать), получив на выходе постоянное напряжение 12, 5 и 3,3 вольт.
Первым делом осуществляется преобразование переменного тока в постоянный, и наш блок использует для этого выпрямительный мост. На фото ниже это плоский черный элемент, приклеенный к радиатору.
Источник фото techspot.com
Это еще одно место, где производитель блоков питания может сократить расходы, поскольку более дешевые выпрямители хуже справляются со своей задачей (например, сильнее греются). Теперь, если пиковое входное напряжение составляет 170 В (что имеет место для сети 120 В), то пройдя через выпрямительной мост, оно станет 170 В, но уже постоянного тока.
В таком виде оно поступает на следующую стадию, и в нашем блоке это активный модуль коррекции коэффициента мощности (APFC или Active PFC, Active Power Factor Correction converter). Этот узел также стабилизирует напряжение, сглаживая «провалы» за счет накапливающих конденсаторов; кроме того, он защищает от скачков выходной мощности.
Пассивные корректоры (PPFC или Passive PFC) выполняют по сути ту же работу. Они менее эффективны, но хороши для маломощных блоков питания.
Источник фото techspot.com
APFC на фото выше представлен в виде пары больших цилиндров слева – это конденсаторы, которые накапливают выровненный ток, прежде чем отправить его дальше по цепочке процессов в нашем блоке питания.
За APFC находится ШИМ, широтно-импульсный модулятор (PWM, Pulse Width Modulator). Его предназначение заключается в том, чтобы с помощью нескольких быстро переключающихся полевых транзисторов преобразовать постоянный ток обратно в переменный. Это нужно сделать потому, что на следующем шаге нас ждёт понижающий трансформатор. Эти устройства, основанные на электромагнитной индукции, состоят из двух обмоток с разным количеством витков на металлическом сердечнике, необходимых для понижения напряжения, и работают трансформаторы только с переменным током.
Частота переменного тока (скорость, с которой он изменяется; в герцах, Гц) значительно влияет на эффективность трансформатора – чем выше, тем лучше, поэтому частота исходного питания 50/60 Гц увеличивается примерно в тысячу раз. А чем эффективнее трансформатор, тем меньше его размер. Такой тип устройств, который использует эти сверхбыстрые частоты постоянного тока, называется импульсным источником питания (Switched Mode Power Supply, SMPS).
На фото ниже вы можете видеть 3 трансформатора – самый большой имеет на единственном выходе 12 вольт, а тот, что поменьше – 5 вольт (чуть поговорим ещё о нём позже). В других БП вы можете встретить один большой трансформатор сразу на все напряжения, то есть с несколькими выходами. А самый маленький трансформатор предназначен для защиты транзисторов ШИМ и подавления его помех.
|
Источник фото techspot.com
Можно по-разному реализовать получение необходимых напряжений, защиту ШИМ, и так далее. Всё зависит от бюджетного сегмента и мощности устройства. Однако, всем одинаково необходимо снять напряжения с трансформаторов и снова выпрямить.
На фото ниже мы видим алюминиевый радиатор низковольтных диодов, выполняющих это выпрямление. А также, конкретно в этом PSU, мы видим небольшую дополнительную плату в центре фото – это узел модулей регулирования напряжения (VRM, Voltage Regulation Modules), обеспечивающий выходы 5 и 3,3 вольт.
Источник фото techspot.com
И тут нам стоит поговорить о том, что такое пульсация.
В идеальном мире, с идеальными блоками питания, переменный ток будет преобразован в абсолютно ровный, без малейших колебаний, постоянный ток. В действительности же, такой 100%-ой точности не достигается, и напряжение постоянного тока имеет хоть и незначительные, но колебания.
Этот эффект называется пульсирующим напряжением, и в наших блоках питания мы бы хотели, чтобы оно было как можно меньше. Cooler Master не предоставляет информации о величине пульсирующего напряжения в спецификации к нашему подопытному PSU, поэтому мы прибегли к сторонним результатам тестирования. Один из таких анализов был выполнен JonnyGuru.com, и они установили, что максимальное пульсирующее напряжение выхода +12 В – 0,042 В (42 милливольт).
График ниже демонстрирует отклонение фактически получаемого напряжения (синяя кривая; при этом её форма, конечно, не такая идеальная синусоида – ведь сама пульсация не постоянна) от требуемого ровного напряжения +12 В постоянного тока (красная прямая).
Это отклонение, по большей части, лежит на совести конденсаторов во всём PSU. Некачественные, дешёвые конденсаторы приводят к увеличению этой не нужной нам пульсации. Если она слишком большая, то некоторые электронные узлы компьютера, наиболее чувствительные к качеству питания, могут начать работать нестабильно. К счастью, в нашем примере 40 с лишним милливольт это нормально. Не супер, но и не плохо.
Но на получении приемлемых выходных напряжений дело ещё не заканчивается. Необходимо обеспечить управление выходами, чтобы питание на каждом из них было всегда полноценным и стабильным, независимо от мощности нагрузок на других выходах.
Источник фото techspot.com
Микросхема, которую вы видите на этом фото, называется супервизор (supervisor) и она следит за тем, чтобы на выводах не оказалось слишком высокого или низкого напряжения и тока. Работает бесхитростно – просто отключает блок питания при возникновении таких проблем.
Более дорогие PSU могут оснащаться ЦПОС, цифровым процессором обработки сигналов (DSP, Digital Signal Processor), который не только мониторит напряжения, но и может отрегулировать их при необходимости, а также отправлять подробные данные о состоянии БП на компьютер, его использующий. Для рядового пользователя эта функция достаточно спорная, но для серверов и рабочих станций – весьма желательная.
Выходы
Все блоки питания поставляются с длинными пучками проводов, торчащими сзади. Количество проводов и доступных разъёмов для запитывания устройств будут отличаться от модели к модели, но некоторые стандартные подключения должны обеспечивать все БП без исключения.
Так как напряжение – это величина разности потенциалов, то каждый выход подразумевает два провода: один для указанного напряжения (например, +12 В) и провод, относительно которого измеряется разность потенциалов. Этот провод называется заземлением, «землёй», «reference wire» или «общим» проводом, и два этих провода образуют петлю: от блока питания до устройства-потребителя, а затем обратно в БП.
Поскольку в некоторых таких замкнутых контурах токи небольшие, они могут использовать общие провода заземления.
Официальное фото блока питания Cooler Master.
Главным из обязательных разъёмов является 24-pin ATX12V v. 2.4, обеспечивающий основное питание с помощью нескольких выводов различных напряжений, а также имеющий ряд специальных выводов.
Из этих специальных отметим лишь вывод «+5 standby» – дежурное питание компьютера. Это напряжение подаётся на материнскую плату всегда, даже когда компьютер выключен, при условии, что он остаётся включен в розетку и его БП исправен. Дежурное питание нужно материнской плате для того, чтобы оставаться активной.
Большинство PSU также имеют дополнительный 8-pin разъём для материнской платы с двумя линиями +12 В, и по крайней мере один 6 или 8-pin разъём питания для PCI Express.
Со слота PCI Express видеокарты могут взять максимум 75 Вт, поэтому этот разъем обеспечивает дополнительную мощность для современных GPU.
Конкретно наш рассматриваемый блок питания по соображениям экономии фактически использует два разъема питания PCI Express на одной и той же линии. Поэтому, если у вас действительно мощная видеокарта, старайтесь выделить ей независимую линию питания, не делите её с другими устройствами.
Разница между 6 и 8-pin разъемами PCI Express – два дополнительных провода заземления. Это позволяет повысить силу тока, удовлетворяя потребности наиболее прожорливых видеокарт.
Последние несколько лет мы всё чаще стали замечать блоки питания с гордой припиской «модульный» (modular PSU). Это просто означает, что у них отстегивающиеся кабели, что позволяет использовать только необходимое количество кабелей и разъёмов, не подключая всё ненужное, освободив тем самым пространство внутри блока.
Источник фотографии nix.ru
Наш Cooler Master, как и большинство, использует довольно простую систему подключения модульных кабелей.
Каждый разъем имеет по одному проводу +12В, +5В и +3,3В, а также два провода заземления, и в зависимости от того, к какому устройству будет подключен кабель, разъем на другом конце будет использовать либо соответствующую, либо упрощённую распайку.
Представленный на фото выше разъем Serial ATA (SATA) используется для подключения питания жестких дисков, твердотельных накопителей и таких периферийных устройств, как DVD-приводы.
Этот всем знакомый разъём называется замысловато: «разъём питания AMP MATE-N-LOK 1-480424-0». Но все называют его просто Molex, невзирая на то, что это всего лишь название компании-разработчика этого разъёма. Он предоставляет по одному выводу +12В и +5В, и два провода заземления.
На выходных проводах производители тоже могут сэкономить или накрутить цену за счет более ярких или более мягких проводов. Сечение провода также играет важную роль, поскольку более толстые провода обладают меньшим сопротивлением, чем тонкие, поэтому меньше греются при прохождении тока по ним.
На что обращать внимание при выборе
В начале нашей статьи мы говорили, что большинство блоков питания имеют в названии значение своей максимальной мощности. Простым языком, электрическая мощность – это напряжение, умноженное на силу тока (например, 12 вольт x 20 ампер = 240 ватт). И хотя такое утверждение не совсем технически точное, для наших целей оно удовлетворительное.
Как и на большинстве моделей, на нашем блоке питания есть шильдик, содержащий основную информацию о том, сколько мощности может обеспечить каждая линия напряжения.
Источник фотографии nix.ru
Здесь мы видим, что суммарная максимальная мощность всех +12 В линий составляет 624 Вт. Приплюсовав все остальные мощности, мы в итоге получим 760 Вт, а не 650. Что тут не так? А дело просто в том, что линии +5 В (кроме дежурной) и +3,3 В создаются через VRM, используя одну из линий +12 В.
Ну и конечно, все выходные напряжения поступают из одного источника: сетевой розетки. Таким образом, мощность в 650 Вт – это максимум, который блок питания может обеспечить в целом по всем линиям. То есть, если у вас на линиях +12 В висит нагрузка в 600 Вт, то на все остальные линии у вас остается всего 50 Вт. К счастью, большинство оборудования в любом случае бо́льшую часть мощности берёт от линий 12 В, поэтому проблема неправильно подобранного БП встречается редко.
Правее от таблицы со спецификациями мощности на шильдике присутствует значок «80 Plus Bronze». Это рейтинг эффективности, используемый в отрасли в соответствии с требованиями к производителям блоков питания. Эффективность также отражает величину общей нагрузки, которую блок питания способен обслуживать.
20%, 50% и 100% – процент нагрузки по отношению к максимальной мощности для стандартных систем
Если наш Cooler Master нагрузить ровно на половину его максимальной мощности, то есть на 325 Вт, то его ожидаемый КПД будет в пределах 80-85% в зависимости от напряжения в сети (115/230 В).
Это означает фактическую нагрузку блока питания на сеть от 382 до 406 Вт. Более высокий рейтинг 80 PLUS не означает, что блок питания даст вам больше энергии, он просто более экономичный – меньше энергии теряет на всех этапах фильтрации, выпрямления и преобразования.
Также обратите внимание, что максимальная эффективность достигается в диапазоне между 50 и 100% нагрузки. Некоторые производители предоставляют графики, показывающие, какой КПД можно ожидать от их устройства при различных нагрузках и напряжениях в сети.
Официальное изображение Cooler Master.
График эффективности для блока питания Cooler Master V1300 Platinum. Вертикальная шкала – эффективность (КПД), горизонтальная – % нагрузки по отношению к максимальной мощности.
Иногда полезно обращать внимание на эту информацию, особенно если собираетесь раскошелиться на киловаттный блок питания. Если ваш компьютер будет потреблять близко к этому пределу мощности, то КПД блока питания будет несколько снижен.
Вы можете наткнуться на некие «одноканальные» и «многоканальные» (либо комбинированные – снабжённые переключателем) блоки питания. Термин «канал» в данном случае – просто другое слово для определенного напряжения, выдаваемого PSU. Наш Cooler Master имеет один канал 12 В и всевозможные разъёмы питания, обеспечивающие +12 В линии от этого канала. Многоканальный блок питания имеет две или более систем, обеспечивающих линии 12 вольт, однако существует большая разница в том, как это реализовано.
Многоканальные блоки питания широко применяются для серверов или дата-центров в целях отказоустойчивости – при выходе из строя одного из каналов, работоспособность системы не нарушится. Для обычных компьютеров тоже могут предлагаться многоканальные PSU, но скорее всего, вы столкнетесь с псевдо-многоканальностью, когда производитель просто разделит единственный канал на два или три якобы независимых канала. Например, наш подопытный выдает до 52 ампер по линии +12В, что эквивалентно 624 Вт электроэнергии. Дешевая «многоканальная» версия такого БП будет иметь в спецификации якобы два канала +12 В, но на самом деле это лишь два полуканала, каждый из которых будет обеспечивать только 26 А (или 312 Вт).
Хороший блок питания для настольного компьютера, использующий качественные компоненты, вовсе не требует многоканальности на +12 В, так что не беспокойтесь об этом!
Стоит ли переплачивать?
Блоки питания поставляются во всех ценовых диапазонах. Каталог на Amazon начинается с моделей от 15$ для стандартного блока 400 Вт, и доходит до полномодульных киловаттных PSU за 180-240$ от EVGA или Seasonic, и не заканчивается даже на этом. Что же вы получите за свои деньги? Что действительно стоит больше 200 долларов?
Очевидно, что чем мощнее, тем лучше, но вопрос ещё в том, как эта мощность реализована. Самые дешёвые 300 Вт модели выдают до 25 А на линиях +12В, в то время как киловаттная модель обеспечит втрое больше энергии. Современные процессоры и видеокарты практически все свои потребности удовлетворяют линиями +12 В. Уверены, что вам хватит 25 А?
Официальное фото блока питания Seasonic.
Учитывая, что актуальные аппетиты растут вместе с актуальным железом, то ваш новенький компьютер с 32-ядерным процессором в паре с 300-ваттной топовой видеокартой дешёвый блок питания явно не «затащит». С другой стороны, самые дорогие PSU легко справятся и будут иметь ещё приличный запас мощности. Ну а поскольку совокупная цена такого процессора и видеокарты может легко превысить 3500$, то стоит ли экономить ещё парой-другой сотен баксов сверху на обеспечение нормального питания для такого монстра.
Но на самом деле вы платите за качество компонентов в блоке питания. Взгляните на внутренности нашего Cooler Master в начале статьи. Вы не увидите там безумного количества всяких «шабашек», а поскольку каждый из тех немногочисленных элементов – критически важный компонент в работе устройства, нетрудно понять, почему не стоит гоняться за дешевизной.
На этом наше препарирование PSU закончено. Это очень интересное семейство устройств с на удивление сложным уровнем инженерии на всех этапах разработки и производства. Если у вас есть какие-либо вопросы о блоках питания в целом, или конкретно о вашем, смело спрашивайте в комментариях ниже. До новых встреч в нашем анатомическом кружке.