Линейный и импульсный источники питания

Начнем с основ. Блок питания в компьютере выполняет три функции. Во-первых, переменный ток из бытовой сети электропитания нужно преобразовать в постоянный. Второй задачей БП является понижение напряжения 110-230 В, избыточного для компьютерной электроники, до стандартных значений, требуемых конвертерами питания отдельных компонентов ПК, - 12 В, 5 В и 3,3 В (а также отрицательные напряжения, о которых расскажем чуть позже). Наконец, БП играет роль стабилизатора напряжений.

Есть два основных типа источников питания, которые выполняют перечисленные функции, - линейный и импульсный. В основе простейшего линейного БП лежит трансформатор, на котором напряжение переменного тока понижается до требуемого значения, и затем ток выпрямляется диодным мостом.

Однако от БП требуется еще и стабилизация выходного напряжения, что обусловлено как нестабильностью напряжения в бытовой сети, так и падением напряжения в ответ на увеличение тока в нагрузке.

Чтобы компенсировать падение напряжения, в линейном БП параметры трансформатора рассчитываются так, чтобы обеспечить избыточную мощность. Тогда при высоком токе в нагрузке будет наблюдаться требуемый вольтаж. Однако и повышенное напряжение, которое возникнет без каких-либо средств компенсации при низком токе в полезной нагрузке, тоже неприемлемо. Избыточное напряжение устраняется за счет включения в цепь неполезной нагрузки. В простейшем случае таковой является резистор или транзистор, подключенный через стабилитрон (Zener diode). В более продвинутом - транзистор управляется микросхемой с компаратором. Как бы то ни было, избыточная мощность просто рассеивается в виде тепла, что отрицательно сказывается на КПД устройства.

В схеме импульсного БП возникает еще одна переменная, от которой зависит напряжение на выходе, в дополнение к двум уже имеющимся: напряжению на входе и сопротивлению нагрузки. Последовательно с нагрузкой стоит ключ (которым в интересующем нас случае является транзистор), управляемый микроконтроллером в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Чем выше длительность открытых состояний транзистора по отношению к их периоду (этот параметр называется duty cycle, в русскоязычной терминологии используется обратная величина - скважность), тем выше напряжение на выходе. Из-за наличия ключа импульсный БП также называется Switched-Mode Power Supply (SMPS).

Через закрытый транзистор ток не идет, а сопротивление открытого транзистора в идеале пренебрежимо мало. В действительности открытый транзистор обладает сопротивлением и рассеивает какую-то часть мощности в виде тепла. Кроме того, переход между состояниями транзистора не идеально дискретный. И все же КПД импульсного источника тока может превышать 90%, в то время как КПД линейного БП со стабилизатором в лучшем случае достигает 50%.

Другое преимущество импульсных источников питания состоит в радикальном уменьшении габаритов и массы трансформатора по сравнению с линейными БП такой же мощности. Известно, что чем выше частота переменного тока в первичной обмотке трансформатора, тем меньше необходимый размер сердечника и число витков обмотки. Поэтому ключевой транзистор в цепи размещают не после, а до трансформатора и, помимо стабилизации напряжения используют для получения переменного тока высокой частоты (для компьютерных БП это от 30 до 100 кГц и выше, а как правило - около 60 кГц). Трансформатор, работающий на частоте электросети 50-60 Гц, для мощности, требуемой стандартным компьютером, был бы в десятки раз массивнее.

Линейные БП сегодня применяются главным образом в случае маломощных устройств, когда относительно сложная электроника, необходимая для импульсного источника питания, составляет более чувствительную статью расходов в сравнении с трансформатором. Это, к примеру, блоки питания на 9 В, которые используются для гитарных педалей эффектов, а когда-то - для игровых приставок и пр. А вот зарядники для смартфонов уже сплошь импульсные - тут расходы оправданны. Благодаря существенно меньшей амплитуде пульсаций напряжения на выходе линейные БП также применяются в тех областях, где это качество востребованно.

⇡ Общая схема блока питания стандарта ATX

БП настольного компьютера представляет собой импульсный источник питания, на вход которого подается напряжение бытовой электросети с параметрами 110/230 В, 50-60 Гц, а на выходе есть ряд линий постоянного тока, основные из которых имеют номинал 12, 5 и 3,3 В. Помимо этого, БП обеспечивает напряжение -12 В, а когда-то еще и напряжение -5 В, необходимое для шины ISA. Но последнее в какой-то момент было исключено из стандарта ATX в связи с прекращением поддержки самой ISA.

На упрощенной схеме стандартного импульсного БП, представленной выше, можно выделить четыре основных этапа. В таком же порядке мы рассматриваем компоненты блоков питания в обзорах, а именно:

1. фильтр ЭМП - электромагнитных помех (RFI filter);
2. первичная цепь - входной выпрямитель (rectifier), ключевые транзисторы (switcher), создающие переменный ток высокой частоты на первичной обмотке трансформатора;
3. основной трансформатор;
4. вторичная цепь - выпрямители тока со вторичной обмотки трансформатора (rectifiers), сглаживающие фильтры на выходе (filtering).

⇡ Фильтр ЭМП

Фильтр на входе БП служит для подавления двух типов электромагнитных помех: дифференциальных (differential-mode) - когда ток помехи течет в разные стороны в линиях питания, и синфазных (common-mode) - когда ток течет в одном направлении.

Дифференциальные помехи подавляются конденсатором CX (крупный желтый пленочный конденсатор на фото выше), включенным параллельно нагрузке. Иногда на каждый провод дополнительно вешают дроссель, выполняющий ту же функцию (нет на схеме).

Фильтр синфазных помех образован конденсаторами CY (синие каплевидные керамические конденсаторы на фото), в общей точке соединяющими линии питания с землей, и т.н. синфазным дросселем (common-mode choke, LF1 на схеме), ток в двух обмотках которого течет в одном направлении, что создает сопротивление для синфазных помех.

В дешевых моделях устанавливают минимальный набор деталей фильтра, в более дорогих описанные схемы образуют повторяющиеся (полностью или частично) звенья. В прошлом нередко встречались БП вообще без фильтра ЭМП. Сейчас это скорее курьезное исключение, хотя, покупая совсем дешевый БП, можно, все-таки нарваться на такой сюрприз. В результате будет страдать не только и не столько сам компьютер, сколько другая техника, включенная в бытовую сеть, - импульсные БП являются мощным источником помех.

В районе фильтра хорошего БП можно обнаружить несколько деталей, защищающих от повреждения само устройство либо его владельца. Почти всегда есть простейший плавкий предохранитель для защиты от короткого замыкания (F1 на схеме). Отметим, что при срабатывании предохранителя защищаемым объектом является уже не блок питания. Если произошло КЗ, то, значит, уже пробило ключевые транзисторы, и важно хотя бы предотвратить возгорание электропроводки. Если в БП вдруг сгорел предохранитель, то менять его на новый, скорее всего, уже бессмысленно.

Отдельно выполняется защита от кратковременных скачков напряжения с помощью варистора (MOV - Metal Oxide Varistor). А вот никаких средств защиты от длительного повышения напряжения в компьютерных БП нет. Эту функцию выполняют внешние стабилизаторы со своим трансформатором внутри.

Конденсатор в цепи PFC после выпрямителя может сохранять значительный заряд после отключения от питания. Чтобы беспечного человека, сунувшего палец в разъем питания, не ударило током, между проводами устанавливают разряжающий резистор большого номинала (bleeder resistor). В более изощренном варианте - вместе с управляющей схемой, которая не дает заряду утекать при работе устройства.

Кстати, наличие фильтра в блоке питания ПК (а в БП монитора и практически любой компьютерной техники он тоже есть) означает, что покупать отдельный «сетевой фильтр» вместо обычного удлинителя, в общем-то, без толку. У него внутри все то же самое. Единственное условие в любом случае - нормальная трехконтактная проводка с заземлением. В противном случае конденсаторы CY, соединенные с землей, просто не смогут выполнять свою функцию.

⇡ Входной выпрямитель

После фильтра переменный ток преобразуется в постоянный с помощью диодного моста - как правило, в виде сборки в общем корпусе. Отдельный радиатор для охлаждения моста всячески приветствуется. Мост, собранный из четырех дискретных диодов, - атрибут дешевых блоков питания. Можно также поинтересоваться, на какой ток рассчитан мост, чтобы определить, соответствует ли он мощности самого БП. Хотя по этому параметру, как правило, имеется хороший запас.

⇡ Блок активного PFC

В цепи переменного тока с линейной нагрузкой (как, например, лампа накаливания или электроплитка) протекающий ток следует такой же синусоиде, как и напряжение. Но это не так в случае с устройствами, имеющими входной выпрямитель, - такими как импульсные БП. Блок питания пропускает ток короткими импульсами, примерно совпадающими по времени с пиками синусоиды напряжения (то есть максимальным мгновенным напряжением), когда подзаряжается сглаживающий конденсатор выпрямителя.

Сигнал тока искаженной формы раскладывается на несколько гармонических колебаний в сумме с синусоидой данной амплитуды (идеальным сигналом, который имел бы место при линейной нагрузке).

Мощность, используемая для совершения полезной работы (которой, собственно, является нагрев компонентов ПК), указана в характеристиках БП и называется активной. Остальная мощность, порождаемая гармоническими колебаниями тока, называется реактивной. Она не производит полезной работы, но нагревает провода и создает нагрузку на трансформаторы и прочее силовое оборудование.

Векторная сумма реактивной и активной мощности называется полной мощностью (apparent power). А отношение активной мощности к полной называется коэффициентом мощности (power factor) - не путать с КПД!

У импульсного БП коэффициент мощности изначально довольно низкий - около 0,7. Для частного потребителя реактивная мощность не составляет проблемы (благо она не учитывается электросчетчиками), если только он не пользуется ИБП. На бесперебойник как раз таки ложится полная мощность нагрузки. В масштабе офиса или городской сети избыточная реактивная мощность, создаваемая импульсными БП уже значительно снижает качество электроснабжения и вызывает расходы, поэтому с ней активно борются.

В частности, подавляющее большинство компьютерных БП оснащаются схемами активной коррекции фактора мощности (Active PFC). Блок с активным PFC легко опознать по единственному крупному конденсатору и дросселю, установленным после выпрямителя. В сущности, Active PFC является еще одним импульсным преобразователем, который поддерживает на конденсаторе постоянный заряд напряжением около 400 В. При этом ток из питающей сети потребляется короткими импульсами, ширина которых подобрана таким образом, чтобы сигнал аппроксимировался синусоидой - что и требуется для имитации линейной нагрузки. Для синхронизации сигнала потребления тока с синусоидой напряжения в контроллере PFC имеется специальная логика.

Схема активного PFC содержит один или два ключевых транзистора и мощный диод, которые размещаются на одном радиаторе с ключевыми транзисторами основного преобразователя БП. Как правило, ШИМ-контроллер ключа основного преобразователя и ключа Active PFC являются одной микросхемой (PWM/PFC Combo).

Коэффициент мощности у импульсных блоков питания с активным PFC достигает 0,95 и выше. Кроме того, у них есть одно дополнительное преимущество - не требуется переключатель сети 110/230 В и соответствующий удвоитель напряжения внутри БП. Большинство схем PFC переваривают напряжения от 85 до 265 В. Кроме того, снижается чувствительность БП к кратковременным провалам напряжения.

Кстати, помимо активной коррекции PFC, существует и пассивная, которая подразумевает установку дросселя большой индуктивности последовательно с нагрузкой. Эффективность ее невелика, и в современном БП вы такое вряд ли найдете.

⇡ Основной преобразователь

Общий принцип работы для всех импульсных БП изолированной топологии (с трансформатором) один: ключевой транзистор (или транзисторы) создает переменный ток на первичной обмотке трансформатора, а ШИМ-контроллер управляет скважностью их переключения. Конкретные схемы, однако, различаются как по количеству ключевых транзисторов и прочих элементов, так и по качественным характеристикам: КПД, форма сигнала, помехи и пр. Но здесь слишком многое зависит от конкретной реализации, чтобы на этом стоило заострять внимание. Для интересующихся приводим набор схем и таблицу, которая позволит по составу деталей опознавать их в конкретных устройствах.

Помимо перечисленных топологий, в дорогих БП встречаются резонансные (resonant) варианты Half Bridge, которые легко опознать по дополнительному крупному дросселю (или двум) и конденсатору, образующим колебательный контур.

⇡ Вторичная цепь

Вторичная цепь - это все, что находится после вторичной обмотки трансформатора. В большинстве современных блоков питания трансформатор имеет две обмотки: с одной из них снимается напряжение 12 В, с другой - 5 В. Ток сначала выпрямляется с помощью сборки из двух диодов Шоттки - одной или нескольких на шину (на самой высоконагруженной шине - 12 В — в мощных БП бывает четыре сборки). Более эффективными с точки зрения КПД являются синхронные выпрямители, в которых вместо диодов используются полевые транзисторы. Но это прерогатива по-настоящему продвинутых и дорогих БП, претендующих на сертификат 80 PLUS Platinum.

Шина 3,3 В, как правило, выводится от той же обмотки, что и шина 5 В, только напряжение понижается с помощью насыщаемого дросселя (Mag Amp). Специальная обмотка на трансформаторе под напряжение 3,3 В - экзотический вариант. Из отрицательных напряжений в текущем стандарте ATX осталось только -12 В, которое снимается со вторичной обмотки под шину 12 В через отдельные слаботочные диоды.

ШИМ-управление ключом преобразователя изменяет напряжение на первичной обмотке трансформатора, а следовательно - на всех вторичных обмотках сразу. При этом потребление тока компьютером отнюдь не равномерно распределено между шинами БП. В современном железе наиболее нагруженной шиной является 12-В.

Для раздельной стабилизации напряжений на разных шинах требуются дополнительные меры. Классический способ подразумевает использование дросселя групповой стабилизации. Три основные шины пропущены через его обмотки, и в результате если на одной шине увеличивается ток, то на других - падает напряжение. Допустим, на шине 12 В возрос ток, и, чтобы предотвратить падение напряжения, ШИМ-контроллер уменьшил скважность импульсов ключевых транзисторов. В результате на шине 5 В напряжение могло бы выйти за допустимые рамки, но было подавлено дросселем групповой стабилизации.

Напряжение на шине 3,3 В дополнительно регулируется еще одним насыщаемым дросселем.

В более совершенном варианте обеспечивается раздельная стабилизация шин 5 и 12 В за счет насыщаемых дросселей, но сейчас эта конструкция в дорогих качественных БП уступила место преобразователям DC-DC. В последнем случае трансформатор имеет единственную вторичную обмотку с напряжением 12 В, а напряжения 5 В и 3,3 В получаются благодаря преобразователям постоянного тока. Такой способ наиболее благоприятен для стабильности напряжений.

Выходной фильтр

Финальной стадией на каждой шине является фильтр, который сглаживает пульсации напряжения, вызываемые ключевыми транзисторами. Кроме того, во вторичную цепь БП в той или иной мере пробиваются пульсации входного выпрямителя, чья частота равна удвоенной частоте питающей электросети.

В состав фильтра пульсаций входит дроссель и конденсаторы большой емкости. Для качественных блоков питания характерна емкость не менее 2 000 мкФ, но у производителей дешевых моделей есть резерв для экономии, когда устанавливают конденсаторы, к примеру, вдвое меньшего номинала, что неизбежно отражается на амплитуде пульсаций.

⇡ Дежурное питание +5VSB

Описание компонентов блока питания было бы неполным без упоминания об источнике дежурного напряжения 5 В, который делает возможным спящий режим ПК и обеспечивает работу всех устройств, которые должны быть включены постоянно. «Дежурка» питается от отдельного импульсного преобразователя с маломощным трансформатором. В некоторых БП встречается и третий трансформатор, использующийся в цепи обратной связи для изоляции ШИМ-контроллера от первичной цепи основного преобразователя. В других случаях эту функцию выполняют оптопары (светодиод и фототранзистор в одном корпусе).

⇡ Методика тестирования блоков питания

Одним из основных параметров БП является стабильность напряжений, которая находит отражение в т.н. кросс-нагрузочной характеристике. КНХ представляет собой диаграмму, в которой на одной оси отложен ток или мощность на шине 12 В, а на другой - совокупный ток или мощность на шинах 3,3 и 5 В. В точках пересечения при разных значениях обеих переменных определяется отклонение напряжения от номинала на той или иной шине. Соответственно, мы публикуем две разные КНХ - для шины 12 В и для шины 5/3,3 В.

Цвет точки означает процент отклонения:

• зеленый: ≤ 1%;
• салатовый: ≤ 2%;
• желтый: ≤ 3%;
• оранжевый: ≤ 4%;
• красный: ≤ 5%.
• белый: > 5% (не допускается стандартом ATX).

Для получения КНХ используется сделанный на заказ стенд для тестирования блоков питания, который создает нагрузку за счет рассеивания тепла на мощных полевых транзисторах.

Другой не менее важный тест - определение размаха пульсаций на выходе БП. Стандарт ATX допускает пульсации в пределах 120 мВ для шины 12 В и 50 мВ - для шины 5 В. Различают высокочастотные пульсации (на удвоенной частоте ключа основного преобразователя) и низкочастотные (на удвоенной частоте питающей сети).

Этот параметр мы измеряем при помощи USB-осциллографа Hantek DSO-6022BE при максимальной нагрузке на БП, заданной спецификациями. На осциллограмме ниже зеленый график соответствует шине 12 В, желтый - 5 В. Видно, что пульсации находятся в пределах нормы, и даже с запасом.

Для сравнения приводим картину пульсаций на выходе БП старого компьютера. Этот блок изначально не был выдающимся, но явно не стал лучше от времени. Судя по размаху низкочастотных пульсаций (обратите внимание, что деление развертки напряжения увеличено до 50 мВ, чтобы колебания поместились на экран), сглаживающий конденсатор на входе уже пришел в негодность. Высокочастотные пульсации на шине 5 В находятся на грани допустимых 50 мВ.

В следующем тесте определяется КПД блока при нагрузке от 10 до 100% от номинальной мощности (путем сравнения мощности на выходе с мощностью на входе, измеренной при помощи бытового ваттметра). Для сравнения на графике приводятся критерии различных категорий 80 PLUS. Впрочем, большого интереса в наши дни это не вызывает. На графике приведены результаты топового БП Corsair в сравнении с весьма дешевым Antec, а разница не то чтобы очень велика.

Более насущный для пользователя вопрос - шум от встроенного вентилятора. Непосредственно измерить его вблизи от ревущего стенда для тестирования БП невозможно, поэтому мы измеряем скорость вращения крыльчатки лазерным тахометром - также при мощности от 10 до 100%. На нижеприведенном графике видно, что при низкой нагрузке на этот БП 135-миллиметровый вентилятор сохраняет низкие обороты и вряд ли слышен вообще. При максимальной нагрузке шум уже можно различить, но уровень все еще вполне приемлемый.

Вторичные источники питания являются неотъемлемой частью конструкции любого радиоэлектронного устройства. Они предназначены для того, чтобы преобразовывать переменное или постоянное напряжение электросети или аккумулятора в постоянное или переменное напряжение, требуемое для работы устройства, это блоки питания.

Источники питания бывают не только включены в схему какого-либо устройства, но и могут выполнятся в виде отдельного блока и даже занимать целые цеха электроснабжения.

К блокам питания предъявляется несколько требований. Среди них: высокий КПД, высокое качество выходного напряжения, наличие защит, совместимость с сетью, небольшие размеры и масса и др.

Среди задач блока питания могут числится:

• Передача электрической мощности с минимумом потерь;
• Трансформация одного вида напряжения в другое;
• Формирование частоты отличной от частоты тока источника;
• Изменение величины напряжения;
• Стабилизация. Блок питания должен на выходе выдавать стабильный ток и напряжение. Эти параметры не должны превышать или быть ниже определенного предела;
• Защита от короткого замыкания и других неисправностей в источнике питания, которые могут привести к поломке устройства, которое обеспечивает блок питания;
• Гальваническая развязка. Метод защиты от протекания выравнивающих и других токов. Такие токи могут приводить к поломкам оборудования и поражать людей.

Но зачастую перед блоками питания в бытовых приборах стоят только две задачи – преобразовывать переменное электрическое напряжение в постоянное и преобразовывать частоту тока электросети.

Среди блоков питания наиболее распространены два типа. Они различаются по конструкции. Это линейные (трансформаторные) и импульсные блоки питания.

Линейные блоки питания

Изначально источники питания изготавливались только в таком виде. Напряжение в них преобразовывается силовым трансформатором. понижает амплитуду синусоидальной гармоники, которая затем выпрямляется диодным мостом (бывают схемы с одним диодом). преобразуют ток в пульсирующий. А далее пульсирующий ток сглаживается с помощью фильтра на конденсаторе. В конце ток стабилизируется с помощью .

Чтобы просто понять, что происходит, представьте себе синусоиду – именно так выглядит форма напряжения, поступающего в наш блок питания. Трансформатор как бы сплющивает эту синусоиду. Диодный мост горизонтально рубит ее пополам и переворачивает нижнюю часть синусоиды наверх. Уже получается постоянное, но все еще пульсирующее напряжение. Фильтр конденсатора доделывает работу и «прижимает» эту синусоиду до такой степени, что получается почти прямая линия, а это и есть постоянный ток. Примерно так, возможно, чересчур просто и грубо, можно описать работу линейного блока питания.

Плюсы и минусы линейных БП

К преимуществам относится простота устройства, его надежность и отсутствие высокочастотных помех в отличие от импульсных аналогов.

К недостаткам можно отнести большой вес и размер, увеличивающиеся пропорционально мощности устройства. Также триоды, идущие в конце схемы и стабилизирующие напряжение снижают КПД устройства. Чем стабильнее напряжение, тем большие его потери будут на выходе.

Импульсные блоки питания

Импульсные блоки питания такой конструкции появились в 60-ых годах прошлого века. Они работают по принципу инвертора. То есть, не только преобразуют постоянное напряжение в переменное, но и меняют его величину. Напряжение из электросети попадая в прибор выпрямляется входным выпрямителем. Затем амплитуда сглаживается входными конденсаторами. Получаются высокочастотные импульсы прямоугольной формы с определенным повторением и длительностью импульса.

Дальнейший путь импульсов зависит от конструкции блока питания:

• В блоках с гальванической развязкой импульс попадает в трансформатор.
• В БП без развязки импульс идет сразу на выходной фильтр, который срезает нижние частоты.

Импульсный БП с гальванической развязкой

Высокочастотные импульсы из конденсаторов попадают в трансформатор, который отделяет одну электрическую цепь от другой. В этом и заключается суть . Благодаря высокой частотности сигнала эффективность трансформатора повышается. Это позволяет снизить в импульсных БП массу трансформатора и его размеры, а, следовательно, и всего устройства. В в качестве сердечника используются ферромагнитные соединения. Это также позволяет снизить габариты устройства.

Конструкция такого типа предполагает преобразование тока в три этапа:

1. Широтно-импульсный модулятор;
2. Транзисторный каскад;
3. Импульсный трансформатор.

Что такое широтно-импульсный модулятор

По-другому этот преобразователь называется ШИМ-контроллер. Его задача состоит в том, чтобы изменять время, в течении которого будет подаваться импульс прямоугольной формы. меняет время, в течении которого импульс остается включенным. Он меняет время, в которое импульс не подается. Но частота подачи при этом остается одинаковой.

Как стабилизируется напряжение в импульсных БП

Во всех импульсных БП реализован вид обратной связи, при котором с помощью части выходного напряжения компенсируется влияние входного напряжения на систему. Это позволяет стабилизировать случайные входные и выходные изменения напряжения

В системах с гальванической развязкой для создания отрицательной обратной связи применяются . В БП без развязки обратная связь реализована делителем напряжения.

Плюсы и минусы импульсных БП

Из плюсов можно выделить меньшую массу и размеры. Высокий КПД, за счет снижения потерь, связанных с процессами перехода в электрических цепях. Меньшая цена в сравнении с линейными БП. Возможность использования одних и тех же БП в разных странах мира, где параметры электросети отличаются между собой. Наличие защиты от короткого замыкания.

Недостатками импульсных БП является их невозможность работы на слишком высоких или слишком низких нагрузках. Не подходят для отдельных видов точных устройств, поскольку создают радиопомехи.

Применение

Линейные блоки питания активно вытесняются их импульсными аналогами. Сейчас линейные БП можно встретить в стиральных машинах, СВЧ-печах, системах отопления.

Импульсные БП применяются почти везде: в компьютерной технике и телевизорах, в медицинской технике, в большинстве бытовых приборов, в оргтехнике.

Если вы покупаете компьютер, возможно, он уже будет укомплектован стандартным блоком питания. Но, учитывая важнейшую функцию этого узла для стабильной, долговременной работы, стоит ознакомиться с его характеристиками, а при необходимости заменить, на более подходящий вам с учетом всех требований к этому элементу. Подобрать мощный и надежный блок питания для компьютера можно, ознакомившись с общими требованиями к нему, выбрать тип, мощность и производителя с учетом специфических особенностей установленного в вашем системнике оборудования.

Что такое блок питания компьютера

Большинство компьютеров подключаются напрямую к розетке общедоступной электрической сети без применения дополнительных стабилизаторов, сглаживающих всплески, перепады напряжения и частоты питающей сети. Современное устройство электропитания обязано выдать для всех узлов компьютера стабильное напряжение требуемой мощности с учетом пиковых нагрузок при выполнении сложных графических задач. От мощности, стабильности работы этого модуля зависят все дорогостоящие узлы компьютера – видеокарты, жесткий диск, материнская плата, процессор, и другие.

Из чего состоит

Современные компьютерные устройства электропитания имеют несколько основных узлов, многие из которых крепятся на радиаторах охлаждения:

1. Входной фильтр, на который подается напряжение сети. Его задача состоит в сглаживании входного напряжения, подавления пульсаций и помех.
2. Инвертор сетевого напряжения повышает частоту сети с 50 Гц до сотен килогерц, предоставляя возможность уменьшить габариты основного трансформатора, сохранив его полезную мощность.
3. Импульсный трансформатор преобразовывает входное напряжение в низковольтное. Дорогие модели содержат несколько трансформаторов.
4. Трансформатор дежурного напряжения и контролер, управляющий включением основного блока питания в автоматическом режиме.
5. Выпрямитель переменного сигнала на основе диодной сборки, с дросселями и конденсаторами, которые сглаживают пульсации. Многие модели комплектуются активным корректором коэффициента мощности.
6. Стабилизация выходного напряжения производится в качественных устройствах независимо по каждой силовой линии. Недорогие модели используют один групповой стабилизатор.
7. Важным элементом снижения затрат электроэнергии и снижения шума является терморегулятор скорости вращения вентилятора, принцип работы которого основан на использовании термодатчика температуры.
8. Сигнальные узлы включают схему контроля напряжения и потребляемого тока, систему предотвращения коротких замыканий, перегрузок по потребляемому току, защиту от перенапряжения.
9. Корпус обязан вместить все перечисленные узлы, включая 120-миллиметровый вентилятор. Качественный блок питания предоставит возможность отключения неиспользуемых жгутов.

Виды блоков питания

Устройства электропитания системников стационарных ПК отличаются от тех, которые применяются в ноутбуках. Различают несколько видов данных устройств по их конструктиву:

1. Модульные устройства предоставляют возможность отсоединить неиспользуемые жгуты проводов.
2. Безвентиляторные устройства с пассивным охлаждением, тихие и дорогие.
3. Полупассивные устройства питания снабжены вентилятором охлаждения с управляющим контроллером.

Для стандартизации размеров, физической компоновки компьютерных модулей используется понятие форм-фактора. Узлы, которые имеют одинаковый форм-фактор, полностью взаимозаменяемы. Одним из первых международных стандартов в этой области был форм-фактор АТ (Advanced Technology), который появился одновременно с первыми IBM-совместимыми компьютерами и применялся до 1995 года. Большинство современных устройств электропитания используют стандарт ATX (Advanced Technology Extended).

Компания Intel в декабре 1997 представила материнскую плату нового семейства microATX, для которой было предложено устройство электропитания меньшего размера – Small Form Factor (SFX). С этого времени стандарт стал SFX использоваться во многих компьютерных системах. Его достоинством является возможность применения пяти физических форм, измененных разъёмов подключения к материнской плате.

Лучшие блоки питания для компьютеров

Выбирая устройства электропитания для компьютера, не стоит экономить. Многие производители таких систем эконом класса для снижения цены исключают важные элементы защиты от помех. Это заметно по установленным на монтажной плате перемычкам. Для стандартизации уровня качества этих приборов был создан Сертификат 80 PLUS, указывающий на коэффициент полезного действия – 80 %. Совершенствование характеристик и комплектующих блоков электропитания компьютеров привело к обновлению разновидностей этого стандарта до:

• Bronze – КПД 82 %;
• Silver – 85 %;
• Gold – 87 %;
• Platinum – 90%;
• Titanium – 96%.

Купить блок питания для компьютера можно в компьютерных магазинах или супермаркетах Москвы, Санкт-Петербурга, других городов России, в которых представлен большой выбор комплектующих. Для активных пользователей сети интернет узнать, сколько стоит, сделать подбор из большого количества моделей, купить блок питания для ПК можно в интернет-магазинах, в которых легко выбрать их по фото, заказать по акциям, распродажам, скидкам, сделать покупку. Доставка всех товаров осуществляется курьерскими службами или более дешево – по почте.

AeroCool Kcas 500W

Для большинства настольных домашних компьютеров подойдет мощность 500Вт. Предлагаемый вариант китайского производства сочетает хорошие показатели качества и приемлемую цену:

• название модели: AEROCOOL KCAS-500W;
• цена: 2 690 рублей;
• характеристики: форм-фактор ATX12В В2.3, мощность – 500 Вт, активный PFC, КПД – 85 %, стандарт 80 PLUS BRONZE, цвет – черный, разъемы МП 24+4+4 pin, длина 550 мм, видеокарты 2х(6+2) pin, Molex – 4 шт, SATA – 7 шт, разъемы для FDD –1 шт, 120 мм вентилятор, размеры (ШхВхГ)150х86х140 мм, сетевой шнур в комплекте;
• плюсы: функция активной коррекции коэффициента мощности;
• минусы: КПД только 85 %.

AeroCool VX-750 750W

Устройства электропитания линейки VX мощностью 750 Вт собраны из высококачественных компонентов и обеспечивают стабильное и надёжное запитывание систем начального уровня сложности. Такой прибор от компании Aerocool Advanced Technologies (Китай) защищён от перепадов напряжения в сети:

• название модели: AeroCool VX-750;
• цена: 2 700 р.;
• характеристики: стандарт ATX 12В 2.3, активный PFC, мощность – 750 Вт, сила тока по линиям +5 В – 18A, +3.3 В – 22 A, +12 В – 58 A, -12 В – 0.3 A, +5 В – 2,5 A, 120 мм вентилятор, разъемы 1 шт 20+4-pin ATX,1 шт Floppy,1 шт 4+4-pin CPU, 2 шт 8-pin PCI-e (6+2), 3 шт Molex, 6 шт, размеры – 86x150x140 мм, вес – 1,2 кг;
• плюсы: регулятор скорости вращения вентилятора;
• минусы: нет сертификата.

FSP Group ATX-500PNR 500W

Китайская компания FSP выпускает большой ассортимент качественных комплектующих для компьютерной техники. Предлагаемый этим производителем вариант имеет низкую цену, но снабжен модулем защит от перегрузок в сетях общего пользования:

• название модели: FSP Group ATX-500PNR;
• цена: 2 500 р.;
• характеристики: стандарт ATX 2В.2, активный PFC, мощность – 500 Вт, нагрузка по линиям +3.3 В – 24A, +5В – 20A, +12В – 18 A, +12 В – 18A, +5В – 2,5A, -12 В – 0,3A, 120 мм вентилятор, разъемы 1 шт 20+4-pin ATX, 1 шт 8-pin PCI-e (6+2), 1 шт Floppy, 1 шт 4+4-pin CPU, 2шт Molex, 3 шт SATA, размеры – 86x150x140 мм, вес – 1,32 кг;
• плюсы: есть защита от короткого замыкания;
• минусы: отсутствует сертификация.

Corsair RM750x 750W

Продукция компании Corsair обеспечивает уверенный контроль напряжения, работает бесшумно. Представляемый вариант устройства электропитания имеет Сертификат 80 PLUS Gold, низкий уровень шума и модульную кабельную систему:

• название модели: Corsair RM750x;
• цена: 9 320 р.;
• характеристики: стандарт ATX 12В 2.4, активный PFC, мощность – 750 Вт, нагрузка по линиям +5 В – 25 A, +3,3 В – 25 A, +12 В – 62,5 A, -12 В – 0,8 A, +5 В – 1 A, 135 мм вентилятор, разъемы 1 шт 20+4-pin ATX, 1 шт Floppy, 1 шт 4+4-pin CPU, 4 шт 8-in CI-e (6+2), 8 шт Molex, 9 шт SATA, сертификат 80 PLUS GOLD, защита от короткого замыкания и перегрузки, размеры – 86x150x180 мм, вес – 1,93 кг;
• плюсы: терморегулируемый вентилятор;
• минусы: высокая стоимость.

Высокой функциональностью и стабильностью всех характеристик отличаются устройства электропитания компании Thermaltake. Предлагаемый вариант такого прибора подойдет для большинства системных блоков:

• название модели: Thermaltake TR2 S 600W;
• цена: 3 360 р.;
• характеристики: стандарт ATX, мощность – 600 Вт, активный PFC, максимальный ток 3,3 В – 22 А, +5 В – 17 А, + 12 В – 42 А, +12 В – 10 А, 120 мм вентилятор, коннектор материнки – 20+4 pin;
• плюсы: можно применять в новых и старых компьютерах;
• минусы: сетевого кабеля в комплекте нет.

Corsair CX750 750 W

Приобретение качественного и дорогого устройства электропитания оправдано при использовании дорогих остальных комплектующих. Применение продукции компании Corsair сделает маловероятным выход из строя этого оборудования по вине устройства электропитания:

• название модели: Corsair CX 750W RTL CP-9020123-EU;
• цена: 7 246 р.;
• характеристики: стандарт ATX, мощность – 750 Вт, нагрузка +3,3 В – 25 A, +5 В – 25 A, +12В – 62,5A, +5 В – 3 A, -12В – 0,8 A, размеры – 150x86x160 мм, 120 мм вентилятор, КПД – 80 %, габариты – 30x21x13 см;
• плюсы: контроллер скорости вращения вентилятора;
• минусы: дорого стоит.

Deepcool DA500 500W

Вся продукция компании Deepcool сертифицирована по стандарту 80 PLUS. Предлагаемая модель питающего прибора обладает сертификатом степени Bronze, имеет защиту от перегрузки и короткого замыкания:

• название модели: Deepcool DA500 500W;
• цена: 3 350 р.;
• характеристики: форм-фактор Standard-ATX 12В 2.31 и EPS12В, активный PFC, Основной разъем – (20+4)-pin, 5 интерфейсов 15-pin SATA, 4 molex-разъема, для видеокарты – 2 интерфейса (6+2)-pin, мощность – 500 Вт, 120 мм вентилятор, токи +3.3 В – 18 A, +5 В – 16 A, +12 В – 38 A, -12 В – 0,3 A, +5 В – 2,5 A;
• плюсы: сертификат 80 PLUS Bronze;
• минусы: не отмечены.

Zalman ZM700-LX 700 W

Для современных моделей процессоров и дорогих видеокарт желательно покупать сертифицированные блоки питания стандарта не ниже Платинум. Представляемый компьютерный блок питания компании Zalman имеет КПД 90 % и высокую надежность:

• название модели: Zalman ZM700-LX 700W;
• цена: 4 605 р.;
• характеристики: стандарт ATX, мощность – 700 Вт, активный PFC, +3,3 В – 20 A, ток +5 В – 20 A, + 12В – 0,3 A, 140 мм вентилятор, размеры 150х86х157 мм, вес 2,2 кг;
• плюсы: защита от короткого замыкания;
• минусы: не отмечены.

Как выбрать блок питания для компьютера

Доверять свое дорогостоящее компьютерное оборудование малоизвестным производителям не стоит. Некоторые непорядочные производители маскируют низкое качество своей аппаратуры под «липовые» сертификаты качества. Высоким рейтингом среди фирм-производителей устройств электропитания для компьютеров обладают Chieftec, Cooler Master, Hiper, SeaSonic, Corsair. Желательно наличие защит от перегрузки, перенапряжения и короткого замыкания. О многом может сказать и внешний вид, материал корпуса, крепления вентилятора, качество разъемов и жгутов.

Разъём питания материнской платы

Количество и вид разъемов, которые установлены на материнской плате, зависят от ее типа. Основными из них являются разъемы:

• 4 pin – для электроснабжения процессора, HDD дисков;
• 6 pin – для запитки видеокарт;
• 8 pin – для мощных видеокарт;
• 15 pin SATA – для подключения интерфейса SATA с жесткими дисками, CD-ROM.

Мощность блока питания

Обеспечить все требования стабильной работы могут блоки питания для компьютеров, мощность которых подобрана с запасом и превышает номинальное потребление всех узлов компьютера на 30-50 %. Запас мощности гарантирует превышение охлаждающих свойств радиаторов, назначение которых состоит в отводе излишнего перегрева его элементов. Определить нужный вам прибор по обзору их предложения в интернете сложно. Для этой цели есть сайты, на которых, введя параметры своих комплектующих, можно рассчитать требуемые характеристики устройств электропитания.

Номинальное значение потребляемой мощности для домашних компьютеров варьируется от 350 до 450 Вт. Покупать источники питания для коммерческих целей лучше от номинала 500 Вт. Игровые компьютеры, серверы должны запускаться с блоками питания от 750 Вт и выше. Важным компонентом устройства электропитания является PFC или коррекция коэффициента мощности, которая бывает активной или пассивной. Активная PFC увеличивает значение коэффициента мощности до 95%. Этот параметр всегда указывается в паспорте и инструкции на товар.

Видео

Многие пользователи, которые пытаются разобраться в устройстве своего ПК, не понимают, что такое БП в компьютере. А между тем, это один из самых важных элементов в системе, без которого вообще ни одно комплектующее работать не будет. Давайте разберемся, что собой представляют блоки питания, определим их устройство, виды, плюсы и минусы.

Определение

Что такое БП в компьютере? Если сказать коротко, это - устройство для преобразования сетевого переменного напряжения в постоянное для питания всех комплектующих в системном блоке. В частности, блок питания подает напряжение на компоненты: видеокарту, оперативную память, жесткий диск, сетевую карту, процессор, подключенные периферийные устройства. Если все эти комплектующие подключить напрямую к сети 220 В, то они просто сгорят. Комплектующие для работы требуют наличия напряжения 12 или 24 В (в основном), и задача блока питания - дать требуемое напряжение.

Также есть и другая задача этого элемента - защищать комплектующие компьютера от возможных перепадов напряжения. По сути, это устройство изменения сетевого напряжения, которое выглядит как небольшая черная коробка с вентилятором. Она устанавливается в системный блок, и именно в нее входит сетевой кабель.

Требуемое напряжение

Питание БП компьютера осуществляется от сети с напряжением 220 В. Но в разных странах напряжение тока и его частота в сети могут различаться. Например, в России и в большинстве европейских стран напряжение в сети составляет 220/230 В при частоте 50 Гц. Однако в США напряжение в сети равно 120 В при частоте 60 Гц. Австралия в этом плане тоже отличается - там напряжение равно 240 В/50 Гц. Следовательно, при создании блока питания учитывают параметры сети той страны, в которую планируются поставки. То есть, если привезти в Россию блок питания, купленный в США, то он, вероятнее всего, работать не будет.

Есть также универсальные блоки питания со специальным регулятором напряжения. То есть на блоке можно выставить значение напряжения в сети, и прибор самостоятельно будет адаптирован к нему.

Если компьютер не включается при нажатии на кнопку включения, то в первую очередь причину нужно искать именно в блоке и при необходимости заменять его. К сожалению, недорогие модели, которыми сегодня завален рынок России, ломаются слишком часто.

Мощность БП компьютера

Сегодня есть много разных блоков, которые способны выдавать мощность в огромном диапазоне. В современных ноутбуках мощность может варьироваться в диапазоне 25-100 Вт. Что касается персональных компьютеров, то здесь в зависимости от энергопотребления комплектующих можно использовать БП на 2000 Вт.

Среди пользователей ходят слухи, что чем мощнее будет блок, тем лучше, хотя на самом деле это не совсем так. Не каждому пользователю нужно столь мощное и дорогое устройство. Если рассудить, то приобретение дорогого и мощного БП для слабого компьютера - это бесполезная трата денег не только при покупке самого агрегата, но и при эксплуатации, так как он будет потреблять много лишней электроэнергии.

Впрочем, на сегодняшний день на полках магазинов в основном представлены устройства на 400-500 Вт. Мощности таких комплектующих вполне достаточно для обеспечения питанием стандартного компьютера с хорошим "железом". Но стабильную работу мощного игрового компьютера они обеспечить не способны.

Виды и различия БП

Теперь, когда мы понимаем, что такое БП в компьютере, можно поговорить про их виды и отличительные особенности. Сегодня существуют импульсные и трансформаторные блоки. Каждый вид имеет свои достоинства и недостатки, которые необходимо рассмотреть подробнее.

Трансформаторные

Это самый распространенный вид, который продается чаще всего. В большинстве современных системах практически не используется подобное устройство БП компьютера, которое представлено следующими элементами:

1. Трансформатор.
2. Выпрямитель.
3. Сетевой фильтр.

Один из таких блоков показан на фото ниже.

Принцип работы

Принцип работы такого устройства относительно прост: через первичную обмотку трансформатор принимает на себя напряжение сети. Затем с помощью выпрямителя переменный разнонаправленный ток преобразовывается в постоянный и однонаправленный. При этом может использоваться разные выпрямители: одно- или двухполупериодный. В любом случае применяются диодные мосты, которые состоят из:

1. Двух диодов - в первом типе.
2. Четырех диодов - во втором типе.

Применение двух элементов в выпрямителе характерно для БК с удвоенным напряжением либо в трехфазных устройствах.

Сетевой фильтр в устройстве БП компьютера - это обычный конденсатор с большой емкостью. Он сглаживает пульсации тока, из-за чего на комплектующие подается относительно чистый и равномерный ток.

Также вместо обычных трансформаторов внутри таких блоков могут использоваться автоматические устройства.

Работа трансформаторных БП

Чтобы детальнее понять, что такое БП в компьютере и как они работают, нужно иметь хотя бы начальные знания законов электротехники. Габариты блоков питания трансформаторного типа напрямую зависят от габаритов используемых внутри трансформаторов. Размеры устройств высчитываются по формуле:

В этой формуле:

1. N - число витков на 1 В напряжения;
2. f - частота тока (переменного);
3. B - образующаяся в магнитопроводе индукция магнитного поля;
4. S - площадь сечения магнитопровода.

Следовательно, чем будет больше витков и сечение провода, тем и трансформатор будет больше. Это влечет за собой увеличение габаритов самого блока. Однако если сечение провода уменьшить, то придется увеличить количество витков (N), что не удастся в компактных трансформаторах. Если трансформатор является маломощным, то много витков с малым сечением не повлияет на работу самого блока питания, так как сила тока в подобных устройствах будет низкой. Однако при повышением мощности ток будет расти, что приведет к рассеиванию тепловой мощности.

Следовательно, трансформаторные блоки питания с частотой работы 50 Гц могут быть только большими и тяжелыми. Подобные устройства непрактично использовать в современных компьютерах в силу их веса и габаритов, а также низкого КПД.

Однако есть и положительные стороны: надежность и простота, удобство ремонта (все элементы легко заменить в случае поломки), отсутствие радиопомех.

Импульсные блоки питания

В этих устройствах используются иные конструкторские решения, позволяющие увеличить частоту тока. Ниже представлен классический БП подобного типа.

Работает подобный блок питания следующим образом:

1. Переменный ток из сети поступает в устройство, выпрямляется и становится постоянным.
2. Постоянный ток конвертируется в частотные импульсы.
3. Эти импульсы поступают на трансформатор. Если предусмотрена гальваническая развязка, то прямоугольные импульсы поступают на выходной ФНЧ.

Отметим, что есть кардинальные отличия между этими двумя типами БП. В частности импульсные отличаются следующими особенностями:

1. При повышение частоты тока возрастает КПД трансформатора.
2. Требования к сечению сердечника минимальные.
3. Возможность создания компактных и легких блоков питания за счет установки эффективных и небольших трансформаторов.
4. Применение отрицательной обратной связи дает возможность стабилизировать выходное напряжение, что положительно повлияет на стабильность работы всех комплектующих и системы в целом.

Достоинства импульсных блоков питания

1. Высокий КПД, который достигает 92-98%.
2. Малый вес и габариты.
3. Надежность.
4. Возможность работы в широком частотном диапазоне. Один и тот же импульсный блок способен работать в разных странах мира.
5. Защита от короткого замыкания.
6. Низкая стоимость.

1. Плохая ремонтопригодность. Если обычный трансформаторный блок легко отремонтировать, заменив практически любой элемент на плате, то с импульсным устройством все сложнее. Поэтому переделка БП компьютера импульсного типа считается сложной задачей. Ремонт в мастерской может обойтись дорого.
2. Излучение высокочастотных помех.

Теперь мы выяснили, что такое БП в компьютере и как они работают. На данный момент на рынке продаются в основном импульсные приборы, а трансформаторные практически отсутствуют.

Как проверить БП компьютера?

Если компьютер не включается, то проблема может заключаться именно в БП. Для проверки устройства нам понадобится мультиметр. Итак, перед тем, как проверить БП компьютера на работоспособность, необходимо отключить все комплектующие и сам БП. Затем берем обычную скрепку, распрямляем ее в форме U. Берем коннектор на 20/24 пина (самый большой) и с помощью нашей скрепки замыкаем черный и зеленый контакты. Учитывая, что пальцы будут касаться металла, нужно убедиться, что блок питания отключен от розетки.

Теперь опускаем скрепку и включаем БП в розетку. Если вентилятор начал вращаться при включении устройства, то значит, что оно рабочее.

Теперь необходимо замерить напряжение на разъемах. В зависимости от модели блока питания напряжение на разъемах может немного отличаться. Поэтому в инструкции (или в интернете) необходимо найти информацию о том, какие параметры напряжения должны быть на разных разъемах и замерить их мультиметром. Если параметры отличаются от нормальных, то значит, что с БП что-то не так.