Блок питания

Блок питания — самый важный элемент в ПК. Плохой блок питания. когда он «умрет» — он с собой в небытиё прихватит и хорошую материнскую плату и хороший процессор и хорошую видеокарту и хороший SSD (питание подается на все элементы ПК). Поэтому обязательно надо покупать высококачественный блок питания.

Хорошая статья (от 2004 г.) про разницу между блоками питания — на настоящий момент сильно ничего не изменилось.
Почитать и посмотреть.
http://www.overclockers.ru/lab/15701.shtml

Посмотреть тесты блоков питания можно ниже
http://fcenter.ru/online/hardarticles/tower/14093#57

Рейтинг производителей блоков питания (достаточно условный)

Высококачественные блоки питания: Fractal Design, FSP, OCZ, Zalman, Enermax, Hiper
Качественные блоки питания: AcBel, CoolerMaster, Thermaltake, Chieftec, Inwin (ранее был бренд PowerMan)
Блоки питания среднего качества: Defender, Microlab, 3R, Gembird
Блоки питания низкого качества: Microtech, Codegen (QORI), JNC , Colors-It, SuperPower, Winsis, Gembird

Российский бренд, производство Азия: LinkWorld, PowerMan, PowerCool, Crown
С российскими брендами лучше вообще не связываться, ибо братья-китайцы пихают в блок не то, что нужно, а что есть в наличии. В результате под одним наименованием образовываются совершенно разные блоки питания. На примере CROWN CM-PS500W существуют как минимум, три разные модификации:

Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
линия +5В 32А 28А 15А
линия +12В 20А 18А две линии по 14А

Обзор производителей 2011 года смотреть здесь.

Признаки высококачественного блока питания:

1. Наличие сетевого фильтра для предотовращения попадания импульсных помех в сеть. Если после установки такого блока питания в динамиках появляется гул — можно даже блок питания не разбирать на посмотреть, а сразу выбрасывать.
2. Вентилятор на подшипниках качения, а не на пластиковой втулке, она живет несколько лет, далее блок под замену (хитрые маркетологи называют втулку подшипником скольжения, не попадитесь на эту уловку)
3. В блоке питания один вентилятор, а не несколько (2 или 3)
4. Вентилятор закрыт решеткой типа «гриль», а не просто сделаны прорези в корпусе блока питания (решетку «гриль» просто снять и почистить вентилятор)
5. Производитель из первой линейки
6. Провода 18AVG
7. Выходные напряжения без нагрузки +5% от номинала (потом, под нагрузкой они могут уйти в -5%)
8. Наличие сертификата 80 PLUS
9. Активный PFC
10. На этикетке блока указаны все токи и все мощности для комбинированных нагрузок
11. Несколько реальных линий +12В (т.е. защита от перегрузки по каждой линии), идеально линий +12В должно быть как минимум четыре: одна на процессор, вторая на материнскую плату, третья на шлейфы HDD/SSD, четвертая на дополнительное питание видеокарты PCI-E
12. Для поддержки режима видеокарт NVIDIA SLI блок питания должен иметь параметр SLI-Ready (на практике это означает наличие разъемов на питание видеокарты ДВА и более). Список от NVIDIA (на 2012) блоков питания можно посмотреть здесь (откроется в отдельном окне)
13. Вес не менее 2 кг. Достаточно условно, но если вес блока питания в районе 900 гр — значит там как минимум нет половины деталей.
14. Должна быть стабилизация напряжений по каждому типу (а лучше по каждой линии). В дешевых блоках используется так называемая групповая стабилизация напряжений — т.е. перегрузили +5В и все остальные напряжения (+12В и +3,3В) тоже просели…

Спорный вопрос — съемные провода. Да, это модно и удобно, в корпусе ПК нет лишних проводов (они лежат в коробке). Но данное решение снижает надежность системы, т.к. гарантированный контакт внутри блока питания (пайка) заменяется на механический контакт. У надежности всегда приоритет выше удобства, так что лучше по старинке. без модной опции «съемные провода».

Проверять блок б/у надо с его вскрытия 🙂 И если там зеленые конденсаторы (типа TEAPO) или синие (типа Ltec) то дальше можно и не проверять, и БП выкидывается в мусор. А вот если там коричневые (United Chemi-Con) или черные (Panasonic/Rubycon), то вот тогда есть шанс на рабочий вариант.

Системы защиты, которые должны быть на блоке питания:

  • OCP (Over Current Protection): защита против скачков мощности;
  • OVP (Over Voltage Protection): защита против скачков напряжения;
  • OPP (Over Power Protection): защита от перегрузок, иногда называется OLP;
  • OTP (Over Temperature Protection): защита от перегрева;
  • UVP (Under Voltage Protection): защита от пониженного напряжения;
  • SCP (Short Circuit Protection): защита от короткого замыкания;
  • NLO (No Load Operation): помогает блоку питания нормально функционировать без нагрузки.

Как делаются блоки питания низкого ценового сегмента? Берется разработка именитого бренда (да, китайцы копируют у китайцев) и половина деталей выбрасывается (минус сетевой фильтр, минус PFC, минус дроссели, минус часть защит, плюс самый дешевый вентилятор). Если такой блок питания открыть — там будет очень много перемычек, где должны быть установлены детали.

Ранее, для совсем старых ПК были блоки питания AT, сейчас все блоки ATX. В чем разница? Принципиальных моментов два:
— блок AT физически включался/выключался кнопкой, блок ATX запускается управляющим чипом на материнской плате, который активируется кнопкой Power. Это дало возможность выключать ПК программно, из ОС.
— в блоке AT воздух вентилятором выдувался наружу, в блоках ATX вентилятор засасывает воздух внутрь, создавая внутри ПК избыточное давление. Соответственно только одна точка поступление воздуха внутрь, через щели в корпусе он выдувается наружу.

Вариант с созданием избыточного давления внутри корпуса хорош, но есть небольшая проблема. Воздух, который поступает внутрь, он уже теплый, т.к. прошел через блок питания. Но проблема действительно небольшая — ведь на материнских платах есть несколько коннекторов: CPU_FAN (для кулера процессора — на 3 или 4 пин) и CHA_FAN (для дополнительного вентилятора корпуса — на 3 пин). Старайтесь использовать корпус с дополнительным вентилятором.

Грубая оценка мощности блока питания:

  • обычный офисный компьютер = хватит 300-350 Вт
  • есть один мощный элемент (или процессор или видеокарта >100 Вт) = хватит 450-500 Вт
  • есть два мощных элемента (и процессор и видеокарта > 300 Вт) = надо 600-700 Вт
  • есть три мощных элемента (1 процессор и 2 видеокарты > 500 Вт) = надо 800-1000 Вт

Откуда эти оценочные цифры? При выборе блока питания нам надо ориентироваться не на общую мощность, а на потребление тока по отдельным линиям.

Вариант расчета для старой платформы на socket 478.

Комплектующие Шт. +3,3В +5В +12В Мощность,Вт
Pentium 4 Prescott 3,0  1  10А  120Вт
Видео AGP+ внешнее питание  1  3А  2A  1А  42Вт (стандарт AGP)
Внешнее питание AGP  1  7A  1A  47Вт
MotherBoard  1  3А  2А  1А  32Вт
Вентилятор платы  1  0,5А  6Вт
Кулер CPU  1  1А  12Вт
Память DDR  4  2А  за 4-ре планки=10Вт
HDD  2  2А  2А  за 2 HDD=34Вт
DVD  1  2А  1А  22Вт
USB  2  2А  за 2 USB=10Вт
Клавиатура и мышь 1 0,5А  3Вт
ИТОГО 6 А 20 А 17 А  ~335 Вт

Да, еще плюс 10Вт на дежурное питание (которое +5V sb).

Таблица как бы показывает, что хватит 350Вт, но смотреть надо на токи. Какой-нибудь современный БП на 1200 Вт может вполне не потянуть старый ПК образца 2005 г., будет срабатывать защита. А почему? Потому-что вся основная мощность выдается по линиям +12В, а на линию +5В отдается всего 100 Вт (20А)

Для видеокарт PCI-E с дополнительным питанием еще проще.
На видеокарте есть доп.питание 8 pin = значит в пике 150 Вт. Две видеокарты и процессор с TPD 150 Вт (какой-нибудь XEON 5482) = получаем расчет = 2 * (150) + 150 = вот уже 450 Вт только на основные компоненты.

Кроме того, не стоит забывать, что у блока питания должен быть запас по мощности где-нибудь на +30%. Т.е. рассчитали на 300Вт, покупайте на 400Вт. Расчет показывает 500Вт, покупайте 700Вт. Это связано с тем, что практически у всех блоков (включая самые лучшие) просадка основных параметров (напряжение, стабилизация) начинается при 70-80% нагрузки от максимальной.

Можно показать в условной таблице для блоков 500Вт:

Производитель Уход стабильности напряжений Срабатывание защиты
Нижний и средний ценовой уровень — 500 Вт 250 Вт (50% нагрузки) 300 Вт (60% нагрузки)
Высокий ценовой уровень — 500 Вт 400 Вт (порядка 75% нагрузки) 550 Вт (более 100% нагрузки)

Да, в блоках питания нижнего ценового сегмента указанная мощность — эта такая легкая обманка. Если почитать подробное описание к блоку, то, например, указанная мощность в 500 Вт — это «пиковая мощность при работе не более 15 сек». А в норме блок питания выдает всего 300 Вт.

Как пример, блок питания NONAME типа на 500 Вт. На 250 Вт нагрузки «поплыли» напряжения, на 300 Вт нагрузки появился запах паленной изоляции и сработала защита. Т.е. 500 Вт он в теории может выдать (сразу после включения и на 15 сек), но постоянно он так работать не сможет.

Точнее так:
1. Фирменные блоки питания, которые гарантированно держат напряжение при максимальной нагрузке
2. Фирменные блоки питания (бюджетный вариант), которые держат напряжение до 50% нагрузки, потом 12В «превращаются в тыкву», т.е. уход на уровень 11,0-11,3 В, защита срабатывает как и положено на 95-100%
(вот тут конечно проблема, ибо часть материнских плат при напряжении ниже 11,5В нормально работать не будут)
3. Блоки питания NONAME, у которых при 50-60% нагрузки срабатывает защита

С учетом того, что у нас внешнее питание видеокарты AGP и мощный процессор, нам надо:
— по линии +5В не менее 30А (основной вклад — видеокарта AGP, ей нужно много тока с +5В)
— по линии +12В не менее 20А

Вот потребление токов по линиям +12В (0.52A) и +5В (0.72A) типичным HDD (IDE, 5400 rpm) = в среднем на уровне 9-10Вт

Надо искать блоки  питания на 600-650 Вт (еще поискать надо. т.к. обычно в современных вариантах никто не предусматривает мощного потребителя на линии +5В, стандарт ATX 2.0, см. ниже). В блоках на 350Вт условия по току будут только по одной линии выполняться.

Сейчас используются в основном блоки питания так называемого стандарта «Pentium Ready» (стандарт ATX 2.03 и выше). Т.е. во всех современных блоках питания сделан отдельный шлейф для процессора.

БП версии ATX 2.0 и выше отдают основную мощность по линии +12В, нагрузочная способность остальных линий,как правило,невелика (как и требуется для современных систем).
Суммарная мощность по линиям 3,3В & 5В в диапазоне 80Вт — 150Вт

БП версии ATX 1.3 заточены под максимальную нагрузку линий +5В,+3.3В (как и требовалось для старых материнских плат).
Суммарная мощность по линиям 3,3В & 5В в диапазоне 150Вт — 230Вт

Сейчас в основном существуют блоки питания следующих версий ATX
ATX 1.3
ATX 2.0
ATX 2.2
ATX 2.3

Более подробно можно почитать здесь.

Посмотрим на шлейфы отдельно (обычно их четыре):

Питание CPU, 12В = коннектор на 4 или на 8 пин


Передаваемый ток максимум 18А = т.е. мощность 216 Вт


те же 12В и «земля», только проводов больше = передаваемая мощность около 400 Вт

Питание материнской платы = коннектор на 20 или 24 пин (он разборный в формате 20+4). Дополнительные 4 пина — это питание разъемов PCI-E (обеспечить электричеством мощную видеокарту). Если у Вас старая плата без PCI-E, то основной разъем будет на 20 пин, оставшиеся 4 пин будут просто висеть в воздухе.

Контакт PS_ON (Power supply ON) служит для запуска ПК. БП включается при замыкании PS-ON на землю. БП вырабатывают сигнал PWR_OK — этот сигнал с уровнем 3–6 В вырабатывается через 0,1–0,5 с после включения питания и показывает, что выходные напряжения БП в норме. При отсутствии этого сигнала на МВ постоянно вырабатывается сигнал Reset, не позволяющий запуститься процессору. Появление сигнала PWR_OK заставляет МВ снять сигнал Reset с CPU.

Неиспользуемые / малоиспользуемые (старые разъемы):

Разъем N/C ранее использовался для линии питания -5В = необходим для работы интерфейса ISA
Разъем -12В = необходим работы COM-порта (при отсутствии этого напряжения не будет работать управляющая микросхема на плате)

Возникает вопрос — а можно ли сделать наоборот, включить разъем на 20 пин в плату с разъемом на 24 пин? Можно, но не нужно. Плата заведется (скорее всего), компьютер загрузится — но все разъемы PCI-E останутся без силового питания, соответственно в них ничего работать не будет.

Питание периферийных устройств = обычно два шлейфа, внутри +5В и +12В (разъемы питания HDD, FDD, оптического привода, устройств SATA)

Напряжение -5В в настоящее время не используется (ранее применялись в шине ISA и в блоках питания AT), сделано для совместимости со старым стандартом. В разъеме на материнскую плату контакт 20 не задействован (напряжение -5В ранее было на нем). Вот более подробная картинка, на каких пинах какие напряжения. Хорошо видно составной разъем 20+4 материнской платы.

Напряжение +5В SB = поступает на материнскую плату и используется для питания схемы управления БП. Схема управления осуществляет формирование сигнала «PS-ON» (нажатие кнопки включении на системном блоке) Другими словами дежурное питание нужно, для того чтоб при нажатии на кнопку на системном блоке Блок Питания включился и появились все необходимые напряжения.

Посмотрим на табличку на блоке питания

Вот указан наш стандарт = ATX ver 2.03

На линии +12В блок выдает 18А, уже хорошо. Плохо, что линия одна (12В еще идут и на материнскую плату). Вариант с несколькими линиями +12В лучше, тогда на процессор будет отдельная своя линия.

Вот такой вариант вроде лучше, 500 Вт больше 450 Вт? А нехорошо, по линии +5В всего 18А, нам не хватит, будет срабатывать защита.

Посмотрим на новый блок питания LinkWorld, ухищрения маркетологов стандартные.

32А по линии +5В = чистая неправда. Внизу точками выделено 3,3V&5V = 150W MAX. Что у нас там с законом Ома 3,3В*22А+5В*32А=должно быть 230 Вт. Разница почти в 80 Вт !

А по выдаваемым напряжениям (смотрим Everest) — вообще сказка. Особенно по линиям +5V sb и 3.3V.

Мусор, на выброс.

Корректор фактора мощности PFC.

Мы все понимаем, что указанная мощность — это та, которую блок питания выдает на компоненты компьютера. От сети он заберет на 30-40% больше (т.е. для дешевого блока питания на 350 Вт от сети будет забрано 450-500 Вт). Позвольте, а куда уйдут эти 30%? Не зря в блоках питания стоят вентиляторы охлаждения — эта часть мощности пойдет на нагрев самого блока питания. Поэтому в приличных блоках питания обязательно используется корректор фактора мощности.

PFC — переводится как «Коррекция фактора мощности» (англ. power factor correction), встречается также название «компенсация реактивной мощности».
Собственно фактором или коэффициентом мощности называется отношение активной мощности (мощности, потребляемой блоком питания безвозвратно) к полной, т.е. к векторной сумме активной и реактивной мощностей. По сути коэффициент мощности (не путать с КПД!) есть отношение полезной и полученной мощностей, и чем он ближе к единице – тем лучше.

PFC бывает двух разновидностей – пассивный и активный.
При работе импульсный блок питания без каких-либо дополнительных PFC потребляет мощность от сети питания короткими импульсами, приблизительно совпадающими с пиками синусоиды сетевого напряжения.

Наиболее простым и потому наиболее распространенным является так называемый пассивный PFC, представляющий собой обычный дроссель сравнительно большой индуктивности, включенный в сеть последовательно с блоком питания.

Пассивный PFC несколько сглаживает импульсы тока, растягивая их во времени – однако для серьезного влияния на коэффициент мощности необходим дроссель большой индуктивности, габариты которого не позволяют установить его внутри компьютерного блока питания. Типичный коэффициент мощности БП с пассивным PFC cоставляет всего лишь около 0,75 (вот 25% уходит в тепло)

Активный PFC представляет собой еще один импульсный источник питания, причем повышающий напряжение.
Как видно, форма тока, потребляемого блоком питания с активным PFC, очень мало отличается от потребления обычной резистивной нагрузки – результирующий коэффициент мощности такого блока может достигать 0,95…0,98 при работе с полной нагрузкой.

Правда, по мере снижения нагрузки коэффициент мощности уменьшается, в минимуме опускаясь примерно до 0,7…0,75 – то есть до уровня блоков с пассивным PFC. Впрочем, надо заметить, что пиковые значения тока потребления у блоков с активным PFC все равно даже на малой мощности оказываются заметно меньше, чем у всех прочих блоков.

Помимо того, что активный PFC обеспечивает близкий к идеальному коэффициент мощности, так еще, в отличие от пассивного, он улучшает работу блока питания — он дополнительно стабилизирует входное напряжение основного стабилизатора блока – блок становится заметно менее чувствительным к пониженному сетевому напряжению, также при использовании активного PFC достаточно легко разрабатываются блоки с универсальным питанием 110…230В, не требующие ручного переключения напряжения сети.

А бывают вообще блоки питания без модуля PFC? Бывают, их легко узнать по внешнему виду. у них 2-3 вентилятора вместо одного. Зачем так много? А как же, ведь в тепло улетает порядка 30-40% ‘энергии, надо же это тепло выводить наружу.

Сертификат 80 PLUS – часть принятого в 2007 году стандарта энергосбережения Energy Star 4.0, подразумевающая сертификацию компьютерных блоков питания на соответствие определённым нормативам по эффективности энергопотребления: КПД (отношение выходной мощности к потребляемой) должен быть не менее 80% при 20%, 50% и 100% нагрузке относительно номинальной мощности БП, а коэффициент мощности должен быть 0.9 (т.е. только 10% в тепло) или выше при 100% нагрузке.

В 2008 году к стандарту были добавлены уровни сертификации:

Напряжение в электросети 230 В
Процент от номинальной нагрузки 20% 50% 100%
80 PLUS
80 PLUS Bronze 81% 85% 81%
80 PLUS Silver 85% 89% 85%
80 PLUS Gold 88% 92% 88%
80 PLUS Platinum 90% 94% 91%

Общий комментарий.

У человека с базовыми знаниями электротехники может возникнуть вопрос: «А почему все так сложно?» Берем трансформатор, мотаем обмотку на 220В, на 12В, на 5В и на 3,3В, ставим диодные мостики и стабилизирующие конденсаторы. Будет работать? Да, будет — но есть одна проблема.

Передаваемая мощность через трансформатор:
— прямо зависит от размера сердечника
— а размер сердечника обратно зависит от частоты тока (чем частота меньше, тем больше нужен размер)

Для 220В и 50Гц размер блока питания на 1000Вт будет сравним с размером корпуса ПК 🙁

Выход тут один — повышать входящую частоту. В авиации используется 400Гц, в импульсных блоках питания порядка 50кГц. Да, с помощью повышения частоты мы размер трансформатора сократили, но получили все остальные проблемы (КПД, пульсации и т.п.), которые приходится решать.