Комп'ютерний блок живлення

1. AT [ правити | правити код ]
2. ATX [ правити | правити код ]
3. AT (застарілий) [ правити | правити код ]
4. ATX (сучасний) [ правити | правити код ]
5. Блоки живлення для малогабаритних комп'ютерів [ правити | правити код ]
6. Енергоефективність блоку живлення і ККД [ правити | правити код ]
7. Споживана і розсіює потужність [ правити | правити код ]

Наши партнеры ArtmMisto

Комп'ютерний блок живлення (або скорочено - блок живлення, БП) - джерело живлення , Призначене для постачання вузлів комп'ютера електроенергією постійного струму шляхом перетворення напруги до необхідних значень.

Також до складу комп'ютера можуть входити блоки перетворення рівня напруги наступному ступені - третинні блоки живлення і т. Д. Прикладом таких перетворювачів можуть служити модуль харчування центральних процесорів (в тому числі модернізованих), графічних процесорів, а також пристрої, що вимагають підвищення напруги або зміни характеристик струму - змінного, зі зміною фази .

В деякій мірі блок живлення також виконує функції стабілізації і захисту від незначних перешкод живлячої напруги. Як компонент, який займає значну частину всередині корпусу комп'ютера, несе в своєму складі (або монтовані на корпусі БП) компоненти охолодження частин всередині корпусу комп'ютера.

Якщо брати, як приклад, блок живлення для настільного комп'ютера персонального стандарту PC , То, відповідно до специфікації різних років, він повинен забезпечувати вихідні напруги ± 5 / ± 12 / +3,3 вольт а також +5 Вольт чергового режиму (+ 5VSB).

• Основними силовими ланцюгами комп'ютерів періодично були лінії напруги +3,3, +5 і +12 В. Традиційно, чим вище напруга в лінії, тим більша потужність передається за даними ланцюгах.
• Негативні напруги харчування (-5 і -12 В) допускали невеликі струми і в сучасних материнських платах в даний час не використовуються.
  • Напруга -5 В використовувалося тільки інтерфейсом ISA материнських плат . Для забезпечення -5 В постійного струму в ATX і ATX12V версії до 1.2 використовувався контакт 20 і білий провід. Ця напруга (а також контакт і провід) не є обов'язковим вже в версії 1.2 і повністю відсутня в версіях 1.3 і старше.
  • Напруга -12 В необхідно лише для повної реалізації стандарту послідовного інтерфейсу RS-232 з використанням мікросхем без вбудованого інвертора і помножувача напруги, тому також часто відсутній.
• Напруга +12 В використовується для живлення найбільш потужних споживачів. Поділ живлять напруг на 12 і 5 Вольт доцільно як для зниження струмів по друкованим провідникам плат, так і для зниження втрат енергії на вихідних випрямних діодах блоку живлення.
• Напруги ± 5, +12, +3,3 В чергового режиму використовуються материнською платою.
• для жорстких дисків , оптичних приводів , Вентиляторів використовуються напруги +5 і +12 В.
• Найбільш потужні споживачі енергії (такі, як відеокарта , центральний процесор , північний міст ) Підключаються через розміщені на материнській платі або на відеокарті вторинні перетворювачі з живленням від ланцюгів як +5 В, так і +12 В.
• Напруга +3,3 В в блоці живлення формується з напруги +5 В, а тому існує обмеження сумарної споживаної потужності по ± 5 і +3,3 В.
• Напруга на модулях пам'яті має стійку тенденцію до зменшення і для DDR4 SDRAM знизилося до 1,2 Вольта.

У більшості випадків, для комп'ютера в розглянутому прикладі, використовується імпульсний блок живлення , Виконаний за полумостовой (двотактної) схемою . Блоки живлення з накопичують енергію трансформаторами (Обратноходового схема) природно обмежені за потужністю габаритами трансформатора і тому застосовуються значно рідше. Набагато частіше зустрічається схема прямоходового однотактного перетворювача, яка не так обмежена по масо-габаритними показниками. При цьому використовуються ті ж м / с, що і в обратноходового перетворювачі.

Широко поширена схема імпульсного джерела живлення складається з наступних частин:

вхідні ланцюги

• Вхідний фільтр, що запобігає поширення імпульсних перешкод в мережу живлення [1] . Також вхідний фільтр зменшує кидок струму заряду електролітичних конденсаторів при включенні БП в мережу (це може привести до пошкодження вхідного випрямного моста).
• У якісних моделях - пасивний (в дешевих) або активний коректор потужності (PFC), що знижує навантаження на мережу живлення .
• вхідний випрямний міст , Що перетворює змінну напругу в постійне пульсуюче.
• конденсаторний фільтр, що згладжує пульсації випрямленої напруги.
• Окремий малопотужний блок живлення, що видає +5 В чергового режиму материнської плати і +12 В для живлення мікросхеми перетворювача самого ДБЖ. Зазвичай він виконаний у вигляді обратноходового перетворювача на дискретних елементах (або з груповою стабілізацією вихідної напруги через оптрон плюс регульований стабілітрон TL431 в ланцюзі ОС , Або лінійними стабілізаторами 7805/7812 на виході) або ж (в топових моделях) на мікросхемі типу TOPSwitch.

Перетворювач

• полумостовой перетворювач на двох біполярних транзисторах .
• Схема управління перетворювачем і захисту комп'ютера від перевищення / зниження напруги живлення, зазвичай на спеціалізованій мікросхемі (TL494, UC3844, KA5800, SG6105 і ін.).
• Імпульсний високочастотний трансформатор , Який служить для формування необхідних номіналів напруги, а також для гальванічної розв'язки ланцюгів (вхідних від вихідних, а також, при необхідності, вихідних один від одного). Пікові напруги на виході високочастотного трансформатора пропорційні вхідного живлячої напруги і значно перевищують необхідні вихідні.
• ланцюги зворотнього зв'язку , Які підтримують стабільну напругу на виході блоку живлення.
• Пристрій для формування напруги PG (Power Good, «напруга в нормі»), зазвичай на окремому ОУ .

вихідні ланцюги

• Вихідні випрямлячі. Позитивні і негативні напруги (5 і 12 В) використовують одні й ті ж вихідні обмотки трансформатора, з різним напрямком включення діодів випрямляча. Для зниження втрат, при великому споживаної струмі, як випрямлячів використовують діоди Шотткі , Що володіють малим прямим падінням напруги.
• дросель вихідний групової стабілізації. Дросель згладжує імпульси, накопичуючи енергію між імпульсами з вихідних випрямлячів. Друга його функція - перерозподіл енергії між ланцюгами вихідних напруг. Так, якщо за будь-якою каналу збільшиться споживаний струм, що знизить напругу в цьому ланцюзі, дросель групової стабілізації як трансформатор пропорційно знизить напругу з інших вихідних ланцюгів. Ланцюг зворотного зв'язку виявить зниження напруги на виході і збільшить загальну подачу енергії, що відновить необхідні значення напруг.
• Вихідні фільтруючі конденсатори. Вихідні конденсатори, разом з дроселем групової стабілізації інтегрують імпульси, тим самим отримуючи необхідні значення напруг, які, завдяки дроселя групової стабілізації, значно нижче напруги з виходу трансформатора.
• Один (на одну лінію) або кілька (на кілька ліній, зазвичай +5 і +3,3) навантажувальних резисторів 10-25 Ом, для забезпечення безпечної роботи на холостому ході .

Переваги такого блоку живлення:

• Проста і перевірена часом схемотехніка з задовільною якістю стабілізації вихідних напруг.
• високий ККД (65-70%). Основні втрати припадають на перехідні процеси, які тривають значно менший час, ніж стійкий стан. Більше всіх гріються діоди випрямляють 5 і 12 вольт. Силові транзистори гріються мало.
• Малі габарити і маса, обумовлені як малим виділенням тепла на регулюючому елементі, так і малими габаритами трансформатора, завдяки тому, що останній працює на високій частоті.
• Мала металоємність, завдяки чому потужні імпульсні джерела живлення коштують дешевше трансформаторних, незважаючи на велику складність.
• Можливість підключення до мереж з широким діапазоном вибору напруг і частот, або навіть мереж постійного струму. Завдяки цьому можлива уніфікація техніки, виробленої для різних країн світу, а значить, і її здешевлення при масовому виробництві.

Недоліки полумостового блоку живлення на біполярних транзисторах:

• При побудові схем силової електроніки використання біполярних транзисторів в якості ключових елементів знижує загальний ККД пристрою [2] . Управління біполярними транзисторами вимагає значних витрат енергії.
  Все більше комп'ютерних блоків живлення будується на більш дорогих потужних MOSFET -транзісторах. Схемотехніка таких комп'ютерних блоків живлення реалізована як у вигляді полу мостова схема, так і обратноходових перетворювачів . Для задоволення масогабаритних вимог до комп'ютерного блоку живлення в обратноходових перетворювачах використовуються значно вищі частоти перетворення (100-150 кГц).
• Велика кількість намотувальних виробів, індивідуально розробляються для кожного типу блоків живлення. Такі вироби знижують технологічність виготовлення БП.
• У багатьох випадках недостатня стабілізація вихідної напруги по каналах. Дросель групової стабілізації не дозволяє з високою точністю забезпечувати значення напруги в усіх каналах. Дорожчі, а також потужні сучасні блоки живлення формують напруги ± 5 і 3,3 В за допомогою вторинних перетворювачів з каналу 12 В.

• Принципова схема БП персонального комп'ютера

AT [ правити | правити код ]

Блок живлення стандарту AT підключається до материнської плати двома шестиконтактних роз'ємами, що включаються в один 12-контактний роз'єм на материнській платі. До роз'ємів від блоку живлення йдуть різнокольорові дроти, і правильним є підключення, коли контакти роз'ємів з чорними проводами сходяться в центрі роз'єму материнської плати. Цокольовка AT-роз'єму на материнській платі наступна:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 - PG порожній + 12V -12V загальний загальний загальний загальний -5V + 5V + 5V + 5V

ATX [ правити | правити код ]

20-контактний роз'єм ATX (вид на материнську плату)

• 20-контактний роз'єм основного живлення + 12V1DCV використовувався з першими материнськими платами форм-фактора ATX , До появи материнських плат з шиною PCI-Express .
• 24-контактний роз'єм основного живлення + 12V1DC (вилка типу MOLEХ 24 Pin Molex Mini-Fit Jr. PN # 39-01-2240 (або еквівалентна) на стороні БП з контактами типу Molex 44476-1112 (HCS) (або еквівалентна); розетка відповідної частини на материнській платі типу Molex 44206-0007 (або еквівалентна)) створений для підтримки материнських плат з шиною PCI Express , Яка споживає 75 Вт [4] . Більшість материнських плат, що працюють на ATX12V 2.0, підтримують також блоки живлення ATX v1.x (4 контакти залишаються незадіяними), для цього деякі виробники роблять колодку нових чотирьох контактів відстібається.

24-контактний роз'єм живлення материнської плати ATX12V 2.x
(20-контактний не має останніх чотирьох: 11, 12, 23 і 24) Колір Сигнал Контакт Контакт Сигнал Колір Помаранчевий +3.3 V 1 13 +3.3 V Помаранчевий +3.3 V sense Коричневий Помаранчевий +3.3 V 2 14 -12 V Синій Чорний земля 3 15 Земля Чорний Червоний +5 V 4 16 Power on Зелений Чорний Земля 5 17 Земля Чорний Червоний +5 V 6 18 Земля Чорний Чорний Земля 7 19 Земля Чорний Сірий Power good 8 20 -5 V Білий Фіолетовий +5 VSB [5] 9 21 +5 V Червоний Жовтий +12 V 10 22 +5 V Червоний Жовтий +12 V 11 23 +5 V Червоний Помаранчевий +3.3 V 12 • 24 Земля Чорний

• Три затінених контакту (8, 13 і 16) - сигнали управління, а не харчування.
• «Power On» підтягується на резисторі до рівня +5 Вольт всередині блоку живлення, і повинен бути низького рівня для включення живлення.
• «Power good» тримається на низькому рівні, поки на інших виходах ще не сформовано напруга необхідного рівня.
• Провід «+3.3 V sense» використовується для дистанційного зондування [6] .

• Роз'єми і вилки ATX PS 12V (P4 power connector)

• PCIe6connector / PCIe8connector для додаткового живлення потужних відеокарт

Також на БП розміщуються:

• 4-контактний роз'єм «ATX12V» (іменований також «P4 power connector») - допоміжний роз'єм для живлення процесора: розетка типу MOLEX 39-01-2040 або еквівалентна з контактами Molex 44476-1112 (HCS) або еквівалентними; вилка відповідної частини на материнській платі типу Molex 39-29-9042 або еквівалентна. Провід товщиною 18 AWG.
  У разі побудови високопотребляемой системи (понад 700 Вт), розширюється до «EPS12V» ( англ. Entry-Level Power Supply Specification) - 8-контактного допоміжного роз'єму для живлення материнської плати і процесора 12 В,
• 4-контактний роз'єм для дисковода з контактами AMP 171822-4 або еквівалентними. Провід товщиною 20 AWG.
• 4-контактний роз'єм для живлення периферійного пристрою типу жорсткого диска або оптичного накопичувача з інтерфейсом PATA : Вилка типу MOLEХ 8981-04P або еквівалентна з контактами AMP 61314-1 або еквівалентними. Провід товщиною 18 AWG.
• 5-контактні роз'єми MOLEX 88751 для підключення живлення SATA-пристроїв складається з корпусу типу MOLEX 675820000 або еквівалентного з контактами Molex 675810000 або еквівалентними [3] .
• 6 або 8-контактні роз'єми для живлення PCI Express x16 відеокарт.

В кінці 2000-х років для монтажу кабелів став застосовуватися модульний принцип, коли з корпусу БП виходить лише основний 24 (20 + 4) -контактний кабель і 4 + 4-контактний кабель живлення EPS12V для материнської плати ATX12V / EPS12V, інші ж кабелі для периферії виконуються знімними, на роз'ємах [7] .

• Імпульсний блок живлення масового персонального комп'ютера потужністю 450 Вт (FSP ATX-450PNF)

• БП форм-фактора SFX

• БП форм-фактора TFX

• БП форм-фактора Flex-ATX

• Блок живлення ноутбука ASUS

AT (застарілий) [ правити | правити код ]

У блоках харчування у комп'ютерів форм-фактора AT вимикач харчування розриває силовий ланцюг і зазвичай винесено на передню панель корпусу окремими проводами; харчування чергового режиму з відповідними ланцюгами відсутній в принципі. Однак майже всі материнські плати стандарту АТ + ATX мали вихід управління блоком живлення, а блоки живлення, в той же час, вхід, що дозволяє материнській платі стандарту АТ керувати ним (включати і вимикати).

• У БП комп'ютерів типу IBM PC / XT був вимикач, який входив безпосередньо в конструкцію.

• БП, підключений в IBM PS / 2 Model 55 SX

ATX (сучасний) [ правити | правити код ]

Вихід Допуск Мінімум Номінальна Максимум Одиниця виміру + 12V1DC [I 1] ± 5% +11,40 +12,00 +12,60 Вольт + 12V2DC [I 2] ± 5% +11,40 +12,00 +12,60 Вольт +5 VDC ± 5% +4,75 +5,00 +5,25 Вольт +3.3 VDC [I 3] ± 5% +3,14 +3,30 +3,47 Вольт -12 VDC ± 10% -10,80 -12,00 -13,20 Вольт +5 VSB ± 5% +4,75 +5,00 + 5,25 Вольт

1. ↑ На піковому навантаженні +12 VDC діапазон вихідної напруги +12 VDC може коливатися в межах ± 10%.
2. ↑ Мінімальна напруга рівнем 11,0 VDC під час пікового навантаження по +12 V2DC.
3. ↑ Витримка в діапазоні потрібно роз'єму основного живлення материнської плати і роз'єму живлення SATA .

Підвищено вимоги до +5 VDС - тепер БП повинен віддавати струм не менше 12 А (+3,3 VDC - 16,7 А відповідно, але при цьому сукупна потужність не повинна перевищувати 61 Вт) для типової системи споживання потужністю 160 Вт. Виявився перекіс вихідної потужності: раніше основним був канал +5 У, тепер були продиктовані вимоги по максимальному току +12 В. Вимоги були обумовлені подальшим зростанням потужності комплектуючих (в основному, відеокарти), чиї вимоги не могли бути задоволені лініями +5 В з- за дуже великих струмів в цій лінії.

Блок живлення для ноутбука (І інших мобільних комп'ютерів ) Застосовується як для зарядки його акумуляторної батареї (АКБ), так і для забезпечення роботи без акумулятора. За типом виконання БП ноутбука найчастіше представляє собою зовнішній блок. З огляду на те, що електричні характеристики різних моделей ноутбуків можуть сильно відрізнятися, на зовнішні блоки живлення поки немає єдиного стандарту, і їх блоки живлення, як правило, не взаємозамінні. Існує ініціатива по стандартизації блоків живлення для ноутбуків [8] .

Особливості БП ноутбуків:

1. Виробники ноутбуків використовують різні роз'єми живлення; їх існує досить багато типів, хоча широко поширених всього кілька.
2. розрізняються живлять напруги : Зазвичай це 18,5 В або 19 В, хоча зустрічаються варіанти з напругою 15 або 16 В (в осн. субноутбуки ); 19,5 В; 20 В або навіть 24 В ( iBook ).
3. Блоки живлення відрізняються максимальною вихідною потужністю , видаючи струм 3,16 А (для старих типів); 3,42 A; 4,74 А; 6,3 А; 7,9 А, в залежності від того, наскільки потужний комп'ютер передбачається живити.

До заміни блоку живлення ноутбука слід підходити з обережністю (замінює повинен мати однакову полярність, різницю в напрузі, що не перевищує 0,5 В, і мати достатню потужність), інакше це може привести до виходу ноутбука з ладу.

Випускаються також універсальні блоки живлення, розраховані на ноутбуки різних моделей і різних виробників. Такий БП має перемикач напруги і набір змінних штекерів для підключення.

Блоки живлення для малогабаритних комп'ютерів [ правити | правити код ]

З'явилися плати на чіпсеті Intel NM10 Express Chipset з упаяними процесорами сімейства Atom (Типу Intel BOXDN2800MT [9] ) Не мають звичного для материнських плат персональних комп'ютерів 24-контактних роз'ємів: замість цього плата живиться через круглий роз'єм постійним струмом (Англ.) Ззовні. Змінюючи комплектацію комп'ютера, яка вибудовується на базі такої материнської плати, можна в широких межах варіювати необхідним харчуванням.

Енергоефективність блоку живлення і ККД [ правити | правити код ]

ККД - «80 PLUS» [ правити | правити код ]

ККД «Типового» блоку живлення, описаного вище, має величину порядку 65-70%. Для отримання великих величин застосовуються спеціальні схемотехнические рішення. Слід зазначити, що ККД дорівнює відношенню потужності, що видається для споживання компонентами комп'ютера, до потужності, споживаної від мережі. У характеристиках БП зазначено максимальну потужність, що видається для споживання компонентами комп'ютера (тобто, чим нижче ККД, тим вище потужність, споживана від мережі).

Сертифікація 80 PLUS (як частина прийнятого в 2007 году стандарту енергозбереження Energy Star 4.0) має на увазі сертифікацію комп'ютерних блоків живлення на відповідність певним нормативам по ефективності енергоспоживання : ККД БП повинен бути не менше 80% при 20, 50 і 100% навантаженні щодо номінальної потужності БП, а коефіцієнт потужності повинен бути 0,9 або вище при 100% навантаженні.

І хоча спочатку сертифікація за стандартом 80 PLUS проводилася тільки для використання в мережах з напругою 115 В (які поширені, наприклад, в США, але не на території Росії), і тому ККД блоків живлення, сертифікованих за стандартом 80 PLUS, може бути нижче 80% в мережах 220/230 в, проте наступні рівні специфікації, починаючи з 80 PLUS Bronze, сертифікувалися і для застосування в мережах 230 В. Проте, сертифіковані за стандартом 80 PLUS БП можуть мати ККД нижче 80% при навантаженнях менше 20% , що досить важливо, так як більшість ПК рідко раб отают в режимі максимальної споживаної потужності, а набагато частіше простоюють. Також ККД може бути нижче заявленого в умовах експлуатації БП при температурі, відмінній від кімнатної (При якій проводиться сертифікація) [10] .

В 2008 році до стандарту були додані рівні сертифікації Bronze, Silver, Gold, в 2009 - Platinum, а в 2012 - Titanium. Нормативний мінімальний ККД сертифікованих БП представлений в таблиці (ККД при 10% -ної навантаженні регулюється тільки для Titanium):

Сертифікат Навантаження (від макс. Потужності) 10% 20% 50% 100% 80 PLUS - 80% 80% 80% 80 PLUS Bronze - 81% 85% 81% 80 PLUS Silver - 85% 89% 85% 80 PLUS Gold - 88 % 92% 88% 80 PLUS Platinum - 90% 94% 91% 80 PLUS Titanium 90% 94% 96% 91%

Наприклад, 600-ватний блок живлення, сертифікований 80 PLUS Gold, при повному навантаженні буде споживати від мережі 660-682 вт, з яких 60-82 вт йде на нагрів БП. Таким чином, БП з високим ККД стійкіші до перегріву і, як правило, мають більш тиху систему охолодження.

Споживана і розсіює потужність [ правити | правити код ]

Потужність , Що віддається в навантаження БП, залежить від потужності комп'ютерної системи і варіюється в межах від 50 Вт (Вбудовані платформи малих форм-факторів ) До 2 кВт (найбільш високопродуктивні робочі станції, сервери або потужні ігрові машини).

У разі побудови кластера розрахунок необхідної кількості енергії, що підводиться враховує споживану кластером потужність, потужність систем охолодження і вентиляції, ККД яких, в свою чергу, відмінний від одиниці. За даними компанії APC by Schneider Electric , На кожен Ватт споживаної серверами потужності потрібне забезпечення 1,06 Ватта систем охолодження. Особливу важливість грамотний розрахунок має при створенні центру зберігання і обробки даних ( ЦОД ) з резервуванням за формулою N + 1.

1. Мюллер С. Модернізація і ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs / Скотт Мюллер. - 17-е изд. - М .: «Вільямс» , 2007. - С. 1181-1256. - ISBN 0-7897-3404-4 .
2. Головков А. В., Любицкий В. Б. Блоки живлення для системних модулів типу IBM PC-XT / AT. - М.: «ЛАД і Н», 1995.