1. опис
2. Пристрій (схемотехніка)
3. стандарти
4. ATX (сучасний)
5. Роз'єми БП / споживачів харчування
6. ККД - «80 PLUS»
7. необхідна потужність
8. Блоки живлення ноутбуків
9. Виробники комп'ютерних блоків живлення
10. ПОСИЛАННЯ

Комп'ютерний блок живлення ( англ. power supply unit, PSU - блок живлення, БП) - джерело живлення , Призначене для постачання вузлів комп'ютера електричною енергією постійного струму , Шляхом перетворення напруги до необхідних значень.

В деякій мірі блок живлення також:

опис

Комп'ютерний блок живлення для настільного комп'ютера стандарту PC , персонального або ігрового, згідно специфікації ATX 2.x, повинен забезпечувати вихідні напруги ± 5, ± 12, +3,3 вольт , А також +5 Вольт чергового режиму ( англ. standby).

• Основними силовими ланцюгами є напруги +3,3, +5 і +12 В. Причому, чим вище напруга, тим більша потужність передається за даними ланцюгах. Негативні напруги харчування (-5 і -12 В) допускають невеликі струми і в сучасних материнських платах в даний час практично не використовуються.
  • Напруга -5 В використовувався тільки інтерфейсом ISA і через фактичну відсутність цього інтерфейсу на сучасних материнських платах провід -5 В в нових блоках живлення відсутній.
  • Напруга -12 В необхідний лише для повної реалізації стандарту послідовного інтерфейсу RS-232 , Тому також часто відсутній.
• Напруги ± 5, ± 12, +3,3, +5 В чергового режиму використовуються материнською платою. для жорстких дисків , оптичних приводів , Вентиляторів використовуються тільки напруги +5 і +12 В.
• Сучасні електронні компоненти використовують напруга живлення не вище +5 Вольт. Найбільш потужні споживачі енергії, такі як відеокарта , центральний процесор , північний міст підключаються через розміщення на материнській платі або на відеокарті вторинні перетворювачі з живленням від ланцюгів як +5 В так і +12 В.
• Напруга +12 В використовується для живлення найбільш потужних споживачів. Поділ живлять напруг на 12 і 5 В доцільно як для зниження струмів по друкованим провідникам плат, так і для зниження втрат енергії на вихідних випрямних діодах блоку живлення.
• 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.

У більшості випадків 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 застосовується значно рідше.

Пристрій (схемотехніка)

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) 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 мат. плати і +12 В для живлення мікросхеми перетворювача самого ДБЖ. Зазвичай він виконаний у вигляді обратноходового перетворювача на дискретних елементах (або з груповою стабілізацією вих. напружень 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 , Яка підтримує 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 знизить напругу по інших кіл. Ланцюг зворотного зв'язку виявить зниження вихідних ланцюгів, збільшить загальну подачу енергії, і відновить необхідні значення напруг.
• Вихідні фільтруючі конденсатори. Вихідні конденсатори, разом з дроселем групової стабілізації інтегрує імпульси, тим самим отримуючи необхідні значення напруг, які 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.
• Малі габарити і маса, обумовлені як меншим виділенням тепла на регулюючому елементі, так і меншими габаритами трансформатора, завдяки тому, що останній працює на більш високій частоті.
• Менша металоємність, завдяки чому потужні імпульсні джерела живлення коштують дешевше трансформаторних, незважаючи на велику складність
• Можливість включення в мережі широкого діапазону напруг і частот, або навіть 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 випадку 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.

стандарти

AT (застарілий)

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).

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 (сучасний)

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

Вихід Допуск Мінімум Номінальна Максимум Одиниця виміру + 12V1DC [3] ± 5% +11.40 +12.00 +12.60 Вольт + 12V2DC [4] ± 5% +11.40 +12.00 +12.60 Вольт +5 VDC ± 5% +4.75 +5.00 +5.25 Вольт +3.3 VDC [5] ± 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

Підвищено вимоги до + 5VDС - тепер БП повинен віддавати струм не менше 12 А (+3.3 VDC - 16,7 А відповідно, але при цьому сукупна потужність не належна перевищити 61 Вт) для типової системи споживання потужністю 160 Вт. Виявився перекіс вихідної потужності: раніше основним був канал +5 У, тепер були продиктовані вимоги щодо мінімального 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.

Типова система, споживана потужність 160 Вт Вихід Мінімум Номінальна Максимум Одиниця
вимірювання + 12VDC 1,0 9,0 11,0 Ампер +5 VDC 0,3 12,0 [6] +5.25 Ампер +3.3 VDC 0,5 16,7 [6] Ампер -12 VDC 0,0 0,3 Ампер +5 VSB 0,0 1,5 2,0 Ампер Типова система, споживана потужність 180 Вт Вихід Мінімум Номінальна Максимум Одиниця
вимірювання + 12VDC 1,0 13,0 15,0 Ампер +5 VDC 0,3 10,0 [7] +5.25 Ампер +3.3 VDC 0,5 16,7 [7] Ампер -12 VDC 0,0 0,3 Ампер +5 VSB 0,0 1,5 2,0 Ампер Типова система, споживана потужність 220 Вт Вихід Мінімум Номінальна Максимум Одиниця
вимірювання + 12VDC 1,0 15,0 17,0 Ампер +5 VDC 0,3 12,0 [8] Ампер +3.3 VDC 0,5 12,0 [8] Ампер -12 VDC 0,0 0,3 Ампер +5 VSB 0,0 2,0 2,5 Ампер Типова система, споживана потужність 300 Вт Вихід Мінімум Номінальна Максимум Одиниця
вимірювання + 12VDC 1,0 18,0 18,0 Ампер +5 VDC 1,0 16,0 [9] 19 Ампер +3.3 VDC 0,5 12,0 [10] Ампер -12 VDC 0,0 0,4 Ампер +5 VSB 0,0 2,0 2,5 Ампер

Роз'єми БП / споживачів харчування

• 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 [11] . 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 [12] 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 контакти (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 [13] .

Також на БП розміщуються:

• 4-контактний роз'єм ATX12V (іменований також P4 power connector) - допоміжний роз'єм для живлення процесора: вилка типу MOLEX 39-01-2040 або еквівалентна з контактами Molex 44476-1112 (HCS) або еквівалентними; розетка 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 P-ATA: 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 [14] .
• 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 кабелю для периферії виконуються знімними, на роз'ємах. [15] .

ККД - «80 PLUS»

ККД «Звичайного» блоку живлення (описаного вище) має величину порядку 65-70%. Для отримання великих величин застосовуються спеціальні схемотехнічні рішення.

Сертифікація 80 PLUS (як частина прийнятого в 2007 році 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 по стандарту 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 рабо тануть 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). [16]

В 2008 році до стандарту були додані рівні сертифікації:

Відсоток від номінального навантаження 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 %

необхідна потужність

потужність , Що віддається в навантаження існуючими БП, в значній мірі залежить від потужності комп'ютерної системи і варіюється в межах від 50 (вбудовані платформи малих форм-факторів ) До 1800 Вт (Більшість високопродуктивних робочих станцій, серверів початкового рівня або геймерських машин).

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, потрібно забезпечення 1,06 Ватта систем охолодження. Особливу важливість грамотний розрахунок має при створенні ЦОД з резервуванням за формулою N + 1.

Блоки живлення ноутбуків

Блок живлення для ноутбуків і інших мобільних комп'ютерів застосовується як для зарядки АКБ , Так і для забезпечення ноутбука харчуванням в обхід (без) акумулятора. За типом виконання, БП ноутбука найчастіше зовнішній блок. З огляду на практики випускати БП під конкретну модель (серію) ноутбуків і враховуючи той факт, що характеристики різних моделей значно різняться, на зовнішні блоки живлення немає єдиного стандарту, і тому БП далеко не завжди взаємозамінні.

По-перше - виробники ноутбуків часто використовують різні роз'єми живлення (їх відомо кілька десятків типів, хоча широко поширених всього кілька, відрізняються лише діаметром штекера). Підключення більшості з них виконуються коаксіальними кабелем з позитивним внутрішнім провідником, хоча існують роз'єми і з зворотною полярністю.
По-друге - 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 ( Apple ). Далі - 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 ноутбуків з ладу. Випускаються також «універсальні» блоки живлення, розраховані на ноутбуки різних моделей різних виробників. Такий БП має перемикач напруги і набір змінних штекерів для підключення.

Існує ініціатива по стандартизації блоків живлення для ноутбуків [17] .

Виробники комп'ютерних блоків живлення

Див. такоже

Примітки

література

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

ПОСИЛАННЯ

комп'ютера]