Блок питания что это
Что такое блок питания компьютера
Из статьи вы узнаете, что такое трансформаторные и импульсные блок питания, их устройство и принцип работы, в чем их отличие, какие устанавливаются на ПК, преимущества и недостатки.
Даем определение
Также блок питания (БП) имеет свойство защитить компьютер от перепадов напряжения.
По сути, это инверторная система (относиться к устройствам импульсного типа), которая инвертирует, изменяет сетевое напряжение для разных задач.
Выглядит БП, как небольшая коробочка с вентилятором, вставляемая в системный блок.
В разных странах напряжение и частота тока в сети разная. К примеру, если в России, а также в большинстве странах Европы, данные показатели равны 220В и 50 Гц соответственно, то в США напряжение тока в сети равна 120В, а частота 60Гц.
К примеру, в Австралии данные показатели равны 240В/50Гц.
Соответственно производство блоков питания, в техническом плане, налаживается исходя из того, в какую страну мира они будут поставляться.
Есть универсальные устройства, которые можно использовать в некоторых странах.
Без блока питания компьютер работать не будет. Очень часто если не включается системный блок в первую очередь следует искать причину именно в этом устройстве, и при необходимости заменять его на новое.
Сегодня существуют устройства с различной мощностью.
Мощность блоков питания современных ноутбуков, к примеру, 25-100 Ватт. В обычных персональных компьютерах параметр порой достигает 2000 Ватт.
Говорят, что, чем мощнее устройство, тем лучше. Однако не каждому нужен такой мощный и дорогой аппарат.
Многие специалисты расценивают покупку блока питания с большой мощностью как бесполезную трату денег (в том числе и на электроэнергию).
Некоторые компании сегодня отказываются от выпуска таких устройств с высокой мощностью вследствие экологических проблем в мире.
Хотя наличие устройств на полках магазинов мощностью в 500 Ватт, в наше время является обыденным делом.
Виды блоков питания и их различия
Существуют трансформаторные и импульсные блоки питания.
Рассмотрим их отличия, преимущества и недостатки.
Простой классический вид блока питания в современных ПК практически не используется, схема устройства с двухполероудным выпрямителем представлена ниже.
Основными элементами устройства являются:
Один из трансформаторных блоков представлен ниже.
Трансформатор через первичную обмотку принимает на себя из сети входящее напряжение.
Выпрямитель выполняет задачу преобразования переменного тока в постоянный однонаправленный.
Как правило, используются два типа выпрямителей:
В обоих типах устройств используются диодные мосты состоящие:
Использование других элементов в выпрямителе свойственно для блоков питания с удвоенным напряжением или трехфазных устройствах.
Сетевой фильтр представляет из себя обычный конденсатор обладающий большой емкостью. С помощью него сглаживаются пульсации тока.
Вместо обычных трансформаторов могут быть установлены автоматические устройства.
Чтобы понять, как работают блоки питания, необходимо обладать базовыми знаниями законов электротехники.
Габариты БП прямо пропорционально зависят от габаритов трансформаторов.
Размеры последних рассчитываются по специальной формуле.
Чем больше сечение магнитопровода S и количество витков N, тем больше будет трансформатор (его вес и габариты), это логично.
Но если площадь сечения провода уменьшить, то необходимо будет увеличить и количество витков N, которые могут не поместиться на трансформаторах небольших размеров.
При этом большое количество витков увеличит показатели активного сопротивления обмотки.
Если трансформатор маломощный, то большое количество витков с малым сечением никак не повлияет на работу такого БП, так как сила тока в таких устройствах мала.
Но если на таком трансформаторе увеличить мощность, соответственно увеличиться и сила тока, но так как сопротивление обмотки высокое, это приведет к большому рассеиванию тепловой мощности.
Отсюда можно сделать вывод что блоки питания, сконструированные для компьютеров на основе классических трансформаторах и работающие на частоте 50Гц могут иметь только большие размеры и вес.
Преимущества трансформаторных блоков питания:
Устройство и работа импульсного блока питания
В импульсные блоки питания внедрены другие конструкторские решения, благодаря которым увеличивается частота тока f.
Ниже представлена простая схем одноконтактного БП импульсного типа.
Такой тип устройств является инверторной системой.
Принцип работы БП импульсного типа следующий:
Основное отличие импульсных БП от классических:
Отрицательная обратная связь внедряется в устройства по-разному и зависит это от наличия в конструкции БП гальванической развязки.
Если такая развязка присутствует, то применяется способ оптрона, в другом случае используются в качестве связи одна из выходных обмоток трансформатора и резисторный делитель напряжения.
Сигнал обратной связи (СОС) зависит от выходного напряжения, в свою очередь скважность на выходе ШИМ-контроллера зависит от СОС.
Плюсы импульсных блоков питания.
Надеемся мы помогли вам разобраться что такое блок питания компьютера и как он работает.
Что такое блок питания.
Блок питания – это устройство, которое используется для создания напряжения, необходимого для работы компьютера, из напряжения домашней электросети. В России блок питания (в дальнейшем просто БП) преобразует переменный электрический ток домашней электрической сети напряжением 220 В и частотой 50 Гц в заданный постоянный ток. В разных странах стандарты домашней электросети отличаются. В США, к примеру, в дома обычных жителей подаётся переменный ток напряжением 120 В и частотой 60 Гц.
Для расчёта сопротивления проводника вы можете воспользоваться калькулятором расчета сопротивления проводника.
Виды блоков питания и их различия.
Существуют два основных вида блоков питания: трансформаторные и импульсные. Ниже будут рассмотрены их устройства и различия, а также преимущества и недостатки.
Трансформаторный блок питания и его устройство.
Этот вид блока питания является классическим и, одновременно, простейшим. Ниже представлена его схема с двухполероудным выпрямителем:
Важнейшим элементом этого вида БП является понижающий трансформатор (вместо которого может быть использован автотрансформатор). Первичная обводка этого элемента как раз и рассчитана на входящее сетевое напряжение. Ещё одна важная деталь такого БП – это выпрямитель. Он выполняет функцию преобразования переменного напряжения в однонаправленное и пульсирующее постоянное. В подавляющем большинстве случаев используются однополупериодный выпрямитель или двухполупериодный. Первый состоит из одного диода, а последний из четырёх диодов, которые образуют диодный мост. В некоторых случаях могут использоваться и другие схемы этого элемента, например, в трёхфазных выпрямителях или выпрямителях с удвоенным напряжением. Последней важной деталью трансформаторного БП является фильтр, который сглаживает пульсации, создающиеся выпрямителем. Обычно эта деталь представлена конденсатором с большой ёмкостью.
Габариты трансформатора. Из базовых законов электротехники выводится следующая формула:
В этой формуле n – это число витков на 1 вольт, f – частота переменного тока, S – площадь сечения магнитопровода, B – индукция магнитного поля в магнитопроводе.
Формула описывает не мгновенное значение, а амплитуду B!
Практически величина индукции магнитного поля (B) ограничена гистерезисом в сердечнике. Это приводит к перегревам трансформатора и потерям на перемагничивании.
Если частота переменного тока(f) равна 50 Гц, то изменяемыми параметрами при конструировании трансформатора остаются только S и n. На практике используется такая эвристика: n (в значении от 55 до 70) / S в см^2
Увеличение площади сечения магнитопровода (S) приводит к повышению габаритов и веса трансформатора. Если же понижать значение S то этим повышается значение n, что в трансформаторах небольшого размера приводит к снижению сечения провода (в противном случае обмотка не поместится на сердечнике)
При увеличении значения n и уменьшения площади сечения происходит значительное увеличении активного сопротивления обмотки. В трансформаторах с малой мощностью на это можно не обращать внимания, поскольку ток, проходящий через обмотку, невелик. Однако, при повышении мощности ток, проходящий через обмотку, увеличивается, а это вместе с высоким сопротивлением обмотки приводит к рассеиванию значительной тепловой мощности.
Всё вышесказанное приводит к тому, что стандартной частоте 50 Гц трансформатор большой мощности (необходимой для питания компьютера) может быть сконструирован только как устройство, имеющее большой вес и габариты.
В современных БП идут по другому пути – увеличивания значения f, которое достигается использованием импульсных блоков питания. Такие БП намного легче и в значительной степени меньше по габаритам, чем трансформаторные. Также импульсные БП не столь требовательны к входному напряжению и частоте.
Преимущества трансформаторных БП
Недостатки трансформаторных БП
Импульсный БП и его устройство.
Ниже представлена схема одноконтактного импульсного БП (эта схема является простейшей):
Фактически блоки питания импульсного вида являются инверторной системой. В этом БП входящая в него электроэнергия сначала выпрямляется (т. е. образуется постоянный электрический ток), а после этого преобразуется в прямоугольные импульсы определённой частоты и скважности. После этого эти прямоугольные импульсы на трансформатор (в случае если конструкция БП включает в себя гальваническую развязку) или же сразу на выходной ФНЧ (в случае если отсутствует гальваническая развязка). Из-за того, что в импульсных БП с ростом частоты повышается эффективность работы трансформатора и в значительной степени снижается требование к сечению сердечника, в них могут применяться гораздо более малогабаритные трансформаторы чем в классических решениях.
В большинстве случаев сердечник трансформатора импульсного вида может быть выполнен из ферримагнитных материалов, в отличии от низкочастотных трансформаторах, в которых используется электротехническая сталь.
Стабилизация напряжения в импульсных блоках питания обеспечивается путём отрицательной обратной связи. Она позволяет поддерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне. Такая связь может быть сконструирована различными способами. В случае наличия в конструкции БП гальванической развязки чаще всего используют способ использования связи посредством одной из выходных обмоток трансформатора или же способ оптрона. Скважность на выходе ШИМ-контроллера зависит от сигнала обратной связи, который, в свою очередь, зависит от выходного напряжения. В том случае, если развязка в БП не предусмотрена, используется обычный резистивный делитель напряжения. Благодаря этому импульсные блоки питания могут поддерживать стабильное выходное напряжение.
Достоинства импульсных БП.
Недостатки импульсных БП
Как выбрать блок питания для компьютера
Это несколько преувеличено. Сейчас не 2000-е годы, и откровенно некачественных и опасных для эксплуатации блоков в продаже, как в те времена, почти нет. Вариант со сгоревшими от БП комплектующими очень маловероятен. Даже в простеньких стоят различные защиты, реализовать их с развитием схемотехники стало гораздо проще и дешевле. При нехватке мощности компьютер при нагрузке будет просто отключаться.
В данном гайде не будет конкретных рекомендаций, какой блок купить. Рынок очень изменчив, и подобные советы пришлось бы переписывать каждый месяц. Попытаемся определиться с терминологией и разобраться, что же вообще бывает внутри этих железных коробочек с хвостами и как выбрать себе надежный БП.
Основные параметры блоков питания
Форм-фактор
Этот параметр нужно также учитывать при покупке. Производители корпусов обычно пишут, какой максимальной длины БП можно установить в их корпус.
Мощность
Разъемы
Основной 24-контактный разъем.
Наличествует во всех блоках. Чаще всего представлен в виде разделяющегося на 20-контактный и дополнительные 4 контакта. Это было сделано для совместимости со старыми платами с 20-контактным разъемом. Правда, это платы очень древние, и сейчас таких немного, поэтому постепенно производители блоков переходят к цельному разъему в 24 контакта.
Разъем питания процессора
Бывает 4-контактным и 8-контактным (который часто разделяется на два разъема по 4 контакта).
Изначально питание процессора на платах обеспечивалось с помощью 4-контактного разъема, но с ростом энергопотребления процессоров, выросли токи, поэтому применили 8-контактный разъем. На бюджетных платах иногда до сих пор ставят 4-контактный.
Разъемы для питания видеокарты
8-контактный чаще всего представлен в виде разбирающегося разъема 6+2 контакта.
SATA
15-контактный разъем для питания HDD, SSD и прочего.
Molex
4-контактный разъем. Ранее применялся для питания HDD, приводов оптических дисков и прочего. В современном компьютере используется достаточно редко, в основном для питания вентиляторов, реобасов и т. д.
Floppy
Предназначался для питания накопителей на гибких магнитных дисках. Сейчас используется очень редко, поэтому частенько представлен в виде переходника Molex-Floppy.
Кабели
Бывают блоки с отстегивающимися кабелями (модульная конструкция) или жестко закрепленными.
Отстегивающиеся кабели удобны тем, что неиспользуемые можно убрать, чтобы они не захламляли внутреннее пространство корпуса и не мешали охлаждению. Полностью модульные БП удобны еще при снятии блока для чистки, например.
Не нужно для этого вытаскивать проведенные под поддоном корпуса кабели.
К минусам модульной системы относят вероятность плохого контакта в разъемах. Пайка действительно в данном случае надежнее. Впрочем, какого-то массового выгорания контактов у модульных БП так до сих пор и не случилось, хотя единичные случаи есть.
Система охлаждения
1) Активная. Во время работы блока вентилятор вращается постоянно.
2) Полупассивная. При низких нагрузках вентилятор не работает.
3) Пассивная. Вентилятора нет.
Блоки питания с пассивным охлаждением редки и очень дороги. Наиболее оптимальны блоки с полупассивным охлаждением. Во-первых, это положительно сказывается на ресурсе вентилятора. Во-вторых, даже в корпусе с противопылевыми фильтрами пыль есть, а при работе вентилятор засасывает ее внутрь блока, где она оседает на радиаторах и деталях, ухудшая охлаждение.
Вентиляторы в основном встречаются типоразмера 120 или 140 мм. Маленькие, размером 80 мм, которые встраивались в переднюю или заднюю стенку, ушли в прошлое, сейчас встретить такой блок в продаже трудно.
Также в вентиляторы в последнее время стали встраивать подсветку.
Корректор мощности
Для компенсации реактивной мощности в БП существуют две схемы: активная (APFC) и пассивная.
Пассивная это банальный дроссель огромных размеров. Таким образом часто дорабатывались БП, в которых корректор изначально не был предусмотрен.
Активная более сложна в реализации, но более эффективна. Во всех современных блоках используется только APFC.
С другой стороны, блоки с APFC могут конфликтовать с UPS. Поэтому к подбору источника бесперебойного питания надо подходить с особой тщательностью.
Сертификат 80 Plus
Данный сертификат характеризует энергоэффективность блоков питания или его КПД (отношение полезной энергии к общему количеству потраченной).
Далее в порядке возрастания идут Bronze, Silver, Gold, Platinum, Titanium.
Список сертифицированных блоков можно найти тут.
Сертификация блока процедура недешевая, поэтому для бюджетных моделей частенько ей пренебрегают. Иногда даже придумывают собственные значки, внешне похожие на официальные.
Отсутствие какого-либо сертификата говорит либо о низком КПД (то есть, безнадежно устаревшей схемотехнике блока), либо о бережливости производителя. Вы четко должны понимать, что в таком случае покупаете продукт на котором жестко экономили, и ладно, если только на сертификации.
Поэтому, лучше обращать внимание на БП, имеющие хотя бы бронзовый сертификат.
Итак, как выбрать БП?
Первый шаг
Определиться с мощностью.
Сделать это можно несколькими путями:
1) Посчитать мощность с помощью онлайн-калькуляторов (раз, два). Они почти не врут, разве что имеют тенденцию к незначительному ее завышению, что некритично.
2) Посчитать мощность самому, сложив заявленные производителем характеристики комплектующих. Не самый верный путь, ибо производители вместо реальной потребляемой мощности часто указывают TDP (требования по теплоотводу), а они могут сильно отличаться от реальности.
Брать БП с избыточной мощностью незачем. Это просто лишняя трата денег.
Второй шаг
Определиться с количеством разъемов и необходимой длиной кабелей.
Третий шаг.
Определиться с количеством денег, которые вы готовы потратить на покупку данного устройства.
Допустим, у нас уже есть блок питания, мощностью 500-600 Вт, с наличием любого сертификата, начиная от 80 Plus Bronze (как сказано выше, лучше выбирать из блоков с наличием сертификата 80 Plus).
Рассмотрите дополнительные параметры, такие как подсветка (бывает одноцветной, или многоцветной с различными эффектами), система охлаждения (активная, полупассивная, пассивная).
Обращайте внимание на срок гарантийного обслуживания. Гарантия в 7-12 лет чаще всего дается для очень качественно сделанных БП.
Вы уже имеете ценовую вилку для ориентировки, и нам осталось только поставить ограничение в ценах и выбрать из оставшихся одного единственного.
Напоследок ответы на частые вопросы пользователей при выборе БП.
Как поменять вентилятор в БП?
Что делать, если БП свистит?
Существует такое явление, как магнитострикция. Суть его в том, что при изменении магнитного поля размеры тела тоже изменяются. В электронике этому наиболее подвержены дроссели и трансформаторы. При протекании тока сердечник в таких конструкциях вибрирует с частотой, кратной частоте тока, и издает звуки. Обычно преобразователи в БП специально рассчитывают на частоты выше верхнего диапазона слышимости. Но частенько бывает, что из-за некачественных деталей или брака при сборке такой свист появляется.
Солидные производители при подтверждении данной проблемы в СЦ обычно меняют такие блоки по гарантии. Хотя, чаще всего такой блок может без проблем работать со свистом несколько лет без всякого ущерба для комплектующих. Добиться его замены от малоизвестного производителя может быть затруднительно, ибо подобный шум никак не регламентируется, а выходные параметры напряжений у блока, как сказано выше, могут быть в рамках стандарта.
Что такое АТХ 12V, EPS 12V и прочие стандарты?
С ростом мощности процессоров понадобилось усилить их линию питания, поэтому многие материнские платы получили 8-контактный разъем питания из серверного стандарта EPS 12V. Следовательно, поддержка EPS 12V означает лишь наличие 8-контактного разъема питания процессора.
Нужно ли гнаться за последней версией стандарта?
Нет. Изменения в стандартах в последние несколько лет незначительны и никак на потребительских свойствах не сказываются.
Имеет ли смысл покупать блоки питания от фирмы, которая сама производит и разрабатывает их?
Есть несколько производителей блоков, самые известные из них: CWT, Seasonic, НЕС, Enermax, FSP, InWin, Delta Electronics. На самом деле, неплохих производителей гораздо больше.
Так стоит ли гнаться за блоками именно этих производителей и под родной маркировкой? Нет.:
1) БП с другой наклейкой на корпусе может стоить существенно меньше при том же качестве.
2) Некоторые фирмы выпускают измененные (и часто в лучшую сторону) модели ОЕМ-производителей.
Надо ли обращать внимание на наличие защит в БП?
На их заявленное производителем наличие обращать внимание не стоит.
Чаще всего реализована с помощью датчика, который установлен в одном, самом удобном с точки проектировщика, месте.
Но дело в том, что конструкция блока питания предполагает множество греющихся элементов, которые рассредоточены по всей плате. Таким образом, при локальном перегреве в точке, где нет датчика, блок сгорит.
Обычный пользователь думает, что если выходные напряжения выйдут за пределы стандарта, то блок питания выключится, защищая подключенное оборудование. В реальности чаще всего за это отвечает микросхема супервизора (английское слово supervisor правильнее произносить как супервайзер, но у нас прижилось упрощенное произношение в отношении подобных микросхем).
Это, скорее, защита самого БП при возникновении неисправностей от его полного выхода из строя, а никак не защита ваших комплектующих от повышенного напряжения. Аналогично с пониженным.
Несмотря на наличие кучи надписей на коробке о защитах, есть ли они реально и насколько грамотно реализованы, никто вам не скажет.
У какой фирмы самые лучшие блоки питания?
Нет такой фирмы. У каждой есть как удачные модели, так и неудачные, так что ориентироваться на конкретного производителя не стоит.
Текст обновлен автором Sancheas