Часто задаваемые Hardware вопросы 6 - PSU (БП)



Каждый день огромное количество людей на форумах задают множество вопросов, просят помочь или посоветовать продукт в той или иной секции. И наш родной гудгейм (goodgame.ru) - не исключение. В сегодняшнем креативе я попытаюсь рассмотреть широкий спектр наиболее популярных и часто задаваемых hardware вопросов и их последовательные решения. И сегодня пойдёт речь о Блоке питания (БП/PSU)...

Что такое блок питания?

Компьютерный блок питания или так же PSU (от английского Power Supply) — это механическое или электронное устройство, вторичный источник электропитания (блок питания, БП), предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией постоянного тока, а также преобразования сетевого напряжения до заданных значений.

Так же блок питания персонального компьютера (ПК) представляет собой металлическую коробку, которую обычно располагают в углу/внизу корпуса. Часто он виден с тыльной стороны корпуса, так как содержит гнездо для подключения сетевого шнура и вентилятор охлаждения.

Такие блоки питания часто называют импульсными источниками питания, поскольку для преобразования напряжения сети переменного тока в меньшие напряжения питания постоянного тока в них используются ключевые преобразователи. Как правило, на выходе блока питания ПК имеются следующие напряжения:

  • 3,3 вольта
  • 5 вольт
  • 12 вольт


Напряжения 3,3 и 5 вольт обычно используются для питания цифровых схем, а 12 вольт – для обеспечения работы вентиляторов и электродвигателей дисководов. Основным параметром блока питания является его мощность в ваттах. Мощность в ваттах равна произведению значения напряжения, измеряемого в вольтах, и значения тока, измеряемого в амперах.

Что такое блок питания ноутбука?

Блок питания для ноутбуков, как правило, применяется для зарядки АКБ, а также для обеспечения ноутбука питанием в обход аккумулятора. По типу исполнения, БП ноутбука чаще всего внешний блок. В виду практики выпускать БП под конкретную модель (серию) ноутбуков и учитывая тот факт, что характеристики разных моделей значительно разнятся, на внешние блоки питания нет единого стандарта, и сами БП обычно не взаимозаменяемы. Также, производители ноутбуков часто используют различные разъёмы питания.

Большинство разъёмов питания ноутбуков выполняются с положительным внутренним проводником, но существуют разъёмы и с обратной полярностью. Обычно ноутбуки питаются от напряжения 18.5В или 19В, хотя достаточно часто встречаются варианты с напряжением 15В, 16В, 19.5В, 20В или даже 24В (Apple). Кроме того, блоки питания отличаются максимальной выходной мощностью. Использование несовместимых блоков питания практически всегда приводит к выходу ноутбуков из строя, за исключением случаев, когда полярность совпадает, разница в питающем напряжении не превышает 0.5 Вольт и БП достаточно мощный. Разница в конструктивном исполнении штекеров спасает от неправильного подключения не всегда.

Как работает блок питания?

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

 

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

 


ПС: взято из thg.ru -> советую статью прочитать полноcтью, так как там много интересного и полезного!

Что такое модульный блок питания?

Модульный блок питания отличается от обычного блока питания в основном возможностью подключить только те провода, которые нужны пользователю, что избавляет его от гидры в внутри корпуса из неиспользованных проводов.
Особенно ценятся данные блоки питания любителями моддинга и просто аккуратными людьми.

Интересные материалы/статьи о блоке питания!

Как работает блок питания? (thg.ru)
Выбор оптимального блока питания для ПК (overclockers.ru)
Пособие по выбору блоков питания
Еще раз о выборе блока питания

Какие основные характеристики блока питания?

1) Мощность (измеряется в Ватт/W)
2) КПД (Коэффициент полезного действия), измеряется в %
3) Распайка компонент + их качество
4) Модулярность
5) Форм-фактор (ATX...)
6) Стабильность, напряжение, отклонение

Что такое КПД?

Коэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно η (« эта»). η = Wпол/Wcyм. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах.

Общая суммарная мощность?

Общая суммарная мощность ничего не говорит о распределении мощностей по каналам +3V, +5V, +12V и т.д. Поэтому следует изучить соответствующую таблицу характеристик конкретной модели. Когда говорится, что для такой-то системы достаточно блока питания на 450W, то подразумевается что около 380-400 из них могут быть отданы на наиболее востребованную 12-вольтовую нагрузку (т.е. около 85% общей нагрузки).

Чем измеряется нагрузка и мощность БП?

TrueRMS приборами (вольт/амперметром и ваттметром соответственно!), честно интегрирующими измеряемую величину – в противном случае ошибка измерений будет весьма велика. Эти штуки не из дешевых (если хотите чтобы замерка произошла правильно и аппарат вам долго и счастливо прослужил).

Чем должен обладать БП по нынешним стандартам?


По нынешним стандартам БП должен обладать защитами от перенапряжения, перенагрузки, перегрева. Допустимые отклонения от выдаваемых на выходе напряжений - 5%, но такой БП на практике считается посредственным, т.к. качественные БП показывают достаточно высокий уровень стабильности напряжений. Современные БП снабжаются блоком PFC (Power Factor Correction). Побочный эффект активного PFC (APFC) заключается в том, что он по сути является стабилизатором напряжения. Обычно блоки питания с APFC способны работать в диапазоне напряжений от 110\115V до 230\240V. Т.е. если напряжение в сети упадет до катастрофических 180V вы спокойно сможете продолжать работу, не беспокоясь о последствиях. В крайнем случае БП выключится, если ему что-то не понравится.

Какие форм-факторы и стандарты используются (существуют) для БП?


Форм-факторы:

ATX — 30,5 × 24,4 см (наиболее массовый форм-фактор)
Mini-ATX — 28,4 × 20,8 см
Micro-ATX — 24,4 × 24,4 см
Flex-ATX — 22,9 × 20,3 см
AT

Стандарты:

ATX 1.0 Standard.
ATX 1.1 Standard.
ATX 1.2 Standard.
ATX 1.3 Standard.
ATX 2.0 Standard.
ATX 2.1 Standard.
ATX 2.2 Standard.
 ATX 2.3 Standard.

Блоки питания каких фирм лучше покупать?


Их очень много, например: Enermax, Be quiet, Chieftec, Gigabyte, Antec, CoolerMaster, Tagan, Thermaltake, Seasonic, FSP, Xilence, Zalman итп...

Существую-ли калькуляторы мощности для БП?

Да, существуют, например: еXtreme Power Supply Calculator

Стоит-ли мне экономить при выборе БП?

Очевидно, что любой, кто выложил за системник несколько тысяч рублей, хочет быть спокойным за "здоровье" и благополучие своих комплектующих. Так же очевидно, что если что-то и сгорит при неожиданном форс-мажоре в сети, то хотелось бы, чтобы это был максимум БП, а лучше, чтобы вообще сработала защита. Тем не менее, многие при выборе БП пытаются найти нужное кол-во ватт как можно дешевле, но не задумываются что удешевление производится за счет менее надежных и выносливых компонентов, возможно даже под нож идут и некоторые защиты.

Не следует экономить на том, на что возлагается одна из самых важных миссий - обеспечение стабильным и безопасным питанием чувствительных электронных комплектующих ПК. Более того, встречаются случаи когда некачественный БП, казалось бы достаточной мощности, не выдерживает нагрузки и сгорает, при чем увлекает за собой на тот свет и материнскую плату, что вообще не допустимо. Вот после таких случаев и возникают мифы о необходимости попуки киловаттных БП.

Самые важные схемы защиты в современных блоках питания!

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



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

Какие типы БП существуют?

1) Трансформаторные БП
2) Импульсные БП

1. Трансформаторный (сетевой) источник питания


Классическим блоком питания является трансформаторный БП. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение. Затем устанавливается выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное (пульсирующее однонаправленное). В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). Иногда используются и другие схемы, например, в выпрямителях с удвоением напряжения. После выпрямителя устанавливается фильтр, сглаживающий колебания (пульсации). Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков (варисторы), защиты от КЗ, стабилизаторы напряжения и тока.

2. Импульсный источник питания

Импульсные блоки питания являются инверторной системой. В импульсных блоках питания переменное входное напряжение сначала выпрямляется. Полученное постоянное напряжение преобразуется в прямоугольные импульсы повышенной частоты и определенной скважности, либо подаваемые на трансформатор (в случае импульсных БП с гальванической развязкой от питающей сети) или напрямую на выходной ФНЧ (в импульсных БП без гальванической развязки). В импульсных БП могут применяться малогабаритные трансформаторы — это объясняется тем, что с ростом частоты повышается эффективность работы трансформатора и уменьшаются требования к габаритам (сечению) сердечника, требуемым для передачи эквивалентной мощности. В большинстве случаев такой сердечник может быть выполнен из ферромагнитных материалов, в отличие от сердечников низкочастотных трансформаторов, для которых используется электротехническая сталь.

В импульсных блоках питания стабилизация напряжения обеспечивается посредством отрицательной обратной связи. Обратная связь позволяет поддерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне вне зависимости от колебаний входного напряжения и величины нагрузки. Обратную связь можно организовать разными способами. В случае импульсных источников с гальванической развязкой от питающей сети наиболее распространенными способами являются использование связи посредством одной из выходных обмоток трансформатора или при помощи оптрона. В зависимости от величины сигнала обратной связи (зависящему от выходного напряжения), изменяется скважность импульсов на выходе ШИМ-контроллера. Если развязка не требуется, то, как правило, используется простой резистивный делитель напряжения. Таким образом, блок питания поддерживает стабильное выходное напряжение.

Что такое разъём?

Разъём - электромеханическое устройство для осуществления коммутации (соединения) электрических проводников. Электрическое соединение осуществляется путём механического контакта проводников. Число контактов определяется назначением и типом разъёма. Разъём имеет две составляющие: вилку и розетку, конструктивно состоящие из корпуса, контактной группы и кабельного ввода. Корпуса разъёмов могут быть разборными и не разборными.

Что такое распиновка разъёмов?

Распиновка (распайка) разъемов - актуальная информация, которая необходима при решении интерфейсных проблем.

Распиновка разъемов блока питания АТХ!

Здесь представлены типичные разъемы имеющиеся на АТХ блоке питания:



1. ВКЛ/ВЫКЛ блока питания осуществляется через разъем питания на материнской плате, путем замыкания 13 и 14 контактов.




2. Блок питания требует минимальную нагрузку 1A на выходе +5V для возможности запуска. Обычно это материнская плата.

SATA: 1 - +12V - желтый/зеленая полоса, 2 - COM (общий, земля) - черный, 3 - +5V - красный, 4 - COM (общий, земля) - черный, 5 - +3,3V - оранжевый

Диагностика БП, что к чему, что лучше!

В ситуации, когда блок питания вышел из строя, самое верное решение – заменить его новым. Но бывает, что реанимировать его вполне возможно. Именно качественный блок питания несёт ответственность за работу компьютера. Несмотря на то, что проблема кажется несложной, это весьма ответственный момент. Ознакомимся с наиболее частыми причинами отказа блока питания. Самая распространённая причина – пробой выпрямительного диодного моста в высоковольтной  цепи. При таком дефекте блок питания полностью вышел из строя – отсутствуют все напряжения питания (в том числе и “дежурные” пять вольт), а при включении нет никаких звуков и движений. Причину определяем при помощи любого омметра – если он покажет, что сопротивление между любыми двумя выводами диодного моста меньше 1 Ом., а обоих направлениях одинаковое, то мост следует заменить. Одновременно надо менять и плавкий предохранитель, вполне возможно, что он сгорел, если отсутствует защита цепи питания компьютера быстро реагирующим автоматом защиты. Замену можно осуществить любым выпрямительным мостом или отдельными диодами, рассчитанными на напряжение выше 300 вольт и на ток от 1 ампера, но включать питание не торопитесь, потому что причина может быть гораздо серьёзнее.

Может произойти пробой отдельных диодов во вторичных выпрямительных цепях. Это проявляется наличием “дежурного” напряжения и слабыми импульсами – когда нажимаете кнопку включения вентилятор может дернуться, а затем замирает. В такой ситуации собственно преобразователь исправен. Пробитый диод легко обнаружить по нулевому сопротивлению в обоих направлениях. В цепях отрицательного питания следует применять только высокочастотные диоды, потому что преобразователь работает на частоте 200 кГц. Некоторые причины можно определить визуально, например пробой электролитических конденсаторов и защитных варисторов. Конденсаторы подлежат замене, а выпаивая варисторы помните о том, что блок остаётся без защиты от очередного скачка напряжения.

Высоковольтные транзисторные ключи редко выходят из строя, поскольку элементная база шагнула далеко вперёд. Возможны и другие причины, диагностировать которые можно только применяя осциллограф. Поскольку устранять многие причины выхода из строя блока питания нецелесообразно экономически, лучше всего отнести или СЦ (если есть гарантия) или купить новый (иногда проще да и заодно дешевле).

Источники, ресурсы, из которых я черпал информацию: русская вики, thg.ru, overclokers.ru  и другие...

Таак! Ну на этом на сегодня всё, уважаемыe пользователи и читатели. Я надеюсь, что данный материал был хоть как-то полезным. В следующий раз рассмотрим компьютерные корпуса (Case) . Удачи :)