Все о блоках питания на пк. Как устроен компьютерный блок питания и как его запустить без компьютера. Защита от перегрузок

Оставьте комментарий 6,950

Наиболее распространенный вариант БП подразумевает преобразование 220 Вольт переменного напряжения (U) в пониженное постоянное. Кроме этого, блоки питания могут осуществлять гальваническую развязку между входными и выходными цепями. При этом коэффициент трансформации (отношение входного и выходного напряжений) может быть равным единице.

Примером такого использование может служить энергоснабжение помещений с высокой степенью опасности поражения электрическим током, например, ванных комнат.

Кроме того, достаточно часто бытовые блоки питания могут оснащаться встроенными дополнительными устройствами: стабилизаторами, регуляторами. индикаторами и пр.

ВИДЫ И ТИПЫ БЛОКОВ ПИТАНИЯ

В первую очередь классификация источников питания осуществляется по принципу действия. Основных вариантов здесь два:

трансформаторный (линейный);
импульсный (инверторный).

Трансформаторный блок состоит из понижающего трансформатора и выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный. Далее устанавливается фильтр (конденсатор), сглаживающий пульсации и прочие элементы (стабилизатор выходных параметров, защита от коротких замыканий, фильтр высокочастотных (ВЧ) помех).

Преимущества трансформаторного блока питания:

высокая надежность;
ремонтопригодность;
простота конструкции;
минимальный уровень помех или их отсутствие;
низкая цена.

Недостатки - большой вес, крупные габариты и небольшой КПД.

Импульсный блок питания - инверторная система, в которой происходит преобразование переменного напряжения в постоянное, после чего генерируются высокочастотные импульсы, которые проходят ряд дальнейших преобразований (). В устройстве с гальванической развязкой импульсы передаются к трансформатору, а при отсутствии таковой - напрямую к НЧ фильтру на выходе устройства.

Благодаря формированию ВЧ сигналов, в импульсных блоках питания применяются малогабаритные трансформаторы, что позволяет уменьшить размеры и вес устройства. Для стабилизации напряжения используется отрицательная обратная связь, благодаря которой на выходе поддерживается постоянный уровень напряжения, не зависящий от величины нагрузки.

Достоинства импульсного блока питания:

компактность;
небольшой вес;
доступная цена и высокий КПД (до 98%).

Кроме того, следует отметить наличие дополнительных защит, обеспечивающих безопасность применения устройства. В таких БП часто предусмотрена защита от короткого замыкания (КЗ) и выхода из строя при отсутствии нагрузки.

Минусы - работа большей составляющей схемы без гальванической развязки, что усложняет ремонт. Кроме того, устройство является источником помех высокой частоты и имеет ограничение на нижний предел нагрузки. Если мощность последней меньше допустимо параметра, агрегат не запустится.

ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ БЛОКА ПИТАНИЯ

При выборе блока питания стоит принимать во внимание ряд характеристик, среди которых:

мощность;
выходное напряжение и ток;
а также наличие дополнительных опций и возможностей.

Мощность.

Параметр, который измеряется в Вт или В*А. При выборе устройства стоит брать во внимание наличие пусковых токов у многих электроприемников (насосов, поливных систем, холодильников и прочих). В момент пуска потребляемая мощность вырастает в 5-7 раз.

Что касается остальных случаев, блок питания выбирается с учетом суммарной мощности питающихся приборов с рекомендуемым запасом в 20-30%.

Входное напряжение.

В России этот параметр составляет 220 Вольт. Если использовать БП в Японии или США, потребуется устройство с входным напряжением на 110 Вольт. Кроме того, для инверторных блоков питания эта величина может составлять - 12/24 Вольта.

Выходное напряжение.

При выборе прибора стоит ориентироваться на номинальное напряжение применяемого потребителя (указывается на корпусе прибора). Это может быть 12 Вольт, 15,6 Вольта и так далее. При выборе стоит покупать изделие, максимально приближенное к требуемому параметру. Например, для питания устройства на 12,1 V подойдет блок на 12 V.

Тип выходного напряжения.

Большая часть приборов питается от стабилизированного постоянного напряжения, но есть и те, которым подойдет постоянное нестабилизированное или переменное. С учетом этого критерия выбирается и конструкция. Если потребителю достаточно нестабилизированного постоянного U на входе, БП со стабилизированным напряжением на выходе также подойдет.

Выходной ток.

Параметр этот может и не указываться, но при знании мощности его можно рассчитать. Мощность (P) равна напряжению (U), умноженному на ток (I). Следовательно, для расчета тока необходимо мощность поделить на напряжение. Имеющийся параметр пригодится для выбора подходящего блока питания под конкретную нагрузку.

По-хорошему рабочий ток должен превышать на 10-20% максимально потребляемый ток устройства.

Коэффициент полезного действия.

Большая мощность блока питания - еще не гарантия хорошей работы. Не менее важным параметром является КПД, отражающий эффективность преобразования энергии, и ее передачи к прибору. Чем выше КПД, тем эффективнее используется блок, и тем меньше энергии идет на нагрев.

Защита от перегрузок.

Многие источники оборудованы защитой от перегрузок, обеспечивающей отключение БП в случае превышения уровня тока, потребляемого из сети.

Защита от глубокого разряда.

Ее задача заключается в разрыве цепи питания при полном разряде АКБ (характерно для бесперебойных БП). После восстановления питания работоспособность устройства восстанавливается.

Кроме перечисленных выше опций, в блоке питания может быть предусмотрена защита от КЗ, от перегрева, перегрузки по току, повышенному и пониженному напряжению.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

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:

фильтр ЭМП - электромагнитных помех (RFI filter);
первичная цепь - входной выпрямитель (rectifier), ключевые транзисторы (switcher), создающие переменный ток высокой частоты на первичной обмотке трансформатора;
основной трансформатор;
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.

	Транзисторы	Диоды	Конденсаторы	Ножки первичной обмотки трансформатора
Single-Transistor Forward	1	1	1	4
	2	2	0	2
	2	0	2	2
	4	0	0	2
	2	0	0	3

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.

Single-Transistor Forward

⇡ 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.

Трансформаторные БП

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

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

Габариты трансформатора

Существует формула, несложно выводимая из базовых законов электротехники (и даже уравнений Максвелла):

(1 / n) ~ f * S * B

где n - число витков на 1 вольт (в левой части формулы стоит ЭДС одного витка, которая есть по уравнению Максвелла производная от магнитного потока, поток есть нечто в виде sin (f * t), в производной f выносится за скобку), f - частота переменного напряжения, S - площадь сечения магнитопровода, B - индукция магнитного поля в нем. Формула описывает амплитуду B, а не мгновенное значение.

Величина B на практике ограничена сверху возникновением гистерезиса в сердечнике, что приводит к потерям на перемагничивание и перегреву трансформатора.

Если принять, что f есть частота сети (50 Гц), то единственные два параметра, доступные для выбора при разработке трансформатора, есть S и n. На практике принята эвристика n = (от 55 до 70) / S в см^2.

Увеличение S означает повышение габаритов и веса трансформатора. Если же идти по пути снижения S, то это означает повышение n, что в трансформаторе небольшого размера означает снижение сечения провода (иначе обмотка не поместится на сердечнике).

Увеличение n и снижение сечения означает сильное увеличение активного сопротивления обмотки. В маломощных трансформаторах, где ток через обмотку невелик, этим можно пренебречь, но с повышением мощности ток через обмотку растет и, при высоком сопротивлении обмотки, рассеивает на ней значительную тепловую мощность, что недопустимо.

Перечисленные выше соображения приводят к тому, что на частоте 50 Гц трансформатор большой (от десятков ватт) мощности может быть успешно реализован только как устройство большого габарита и веса (по пути повышения S и сечения провода со снижением n).

Потому в современных БП идут по другому пути, а именно по пути повышения f, т.е. переходу на импульсные блоки питания. Таковые блоки питания в разы легче (причем основная часть веса приходится на экранирующую клетку) и значительно меньше габаритами, чем классические. Кроме того, они не требовательны к входному напряжению и частоте.

Достоинства трансформаторных БП

Простота конструкции
Доступность элементной базы
Отсутствие создаваемых радиопомех (в отличие от импульсных, создающих помехи за счет гармонических составляющих)

Недостатки трансформаторных БП

Большой вес и габариты, особенно при большой мощности
Металлоёмкость
Компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения: для обеспечения стабильного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.

Импульсные БП

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

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

Достоинства импульсных БП

Сравнимые по выходной мощности с линейными стабилизаторами соответствующие им импульсные стабилизаторы обладают следующими основными достоинствами:

меньшим весом за счет того, что с повышением частоты можно использовать трансформаторы меньших размеров при той же передаваемой мощности. Масса линейных стабилизаторов складывается в основном из мощных тяжелых низкочастотных силовых трансформаторов и мощных радиаторов силовых элементов, работающих в линейном режиме;
значительно более высоким КПД (вплоть до 90-98%) за счет того, что основные потери в импульсных стабилизаторах связаны с переходными процессами в моменты переключения ключевого элемента. Поскольку основную часть времени ключевые элементы находятся в одном из устойчивых состояний (т.е. либо включен, либо выключен) потери энергии минимальны;
меньшей стоимостью, благодаря массовому выпуску унифицированной элементной базы и разработке ключевых транзисторов высокой мощности. Кроме этого следует отметить значительно более низкую стоимость импульсных трансформаторов при сравнимой передаваемой мощности, и возможность использования менее мощных силовых элементов, поскольку режим их работы ключевой;
сравнимой с линейными стабилизаторами надежностью. (Блоки питания вычислительной техники, оргтехники, бытовой техники почти исключительно импульсные).
широким диапазоном питающего напряжения и частоты, недостижимым для сравнимого по цене линейного. На практике это означает возможность использования одного и того же импульсного БП для носимой цифровой электроники в разных странах мира - Россия/США/Англия, сильно отличных по напряжению и частоте в стандартных розетках.
наличием в большинстве современных БП встроенных цепей защиты от различных непредвиденных ситуаций, например от короткого замыкания и от отсутствия нагрузки на выходе.

Недостатки импульсных БП

Работа основной части схемы без гальванической развязки от сети, что, в частности, несколько затрудняет ремонт таких БП;
Все без исключения импульсные блоки питания являются источником высокочастотных помех, поскольку это связано с самим принципом их работы. Поэтому требуется предпринимать дополнительные меры помехоподавления, зачастую не позволяющие устранить помехи полностью. В связи с этим часто недопустимо применение импульсных БП для некоторых видов аппаратуры.
В распределённых системах электропитания: эффект гармоник кратных трём. При наличии эффективно действующих корректоров фактора мощности и фильтров во входных цепях этот недостаток обычно не актуален.

Компьютер – сейчас привычная для каждого человека вещь, но далеко не все заглядывали внутрь корпуса. Большинство используют это устройство и не задумываются, из чего оно состоит. Работает – и прекрасно.

А если что-то ломается, есть специалисты. Понятно, что не каждому нужно забивать голову техническими деталями, но знать основы желательно. Для начала стоит поинтересоваться, что такое «блок питания», и как правильно его выбирать. Почему эта часть так важна, расскажем ниже.

Для чего нужен блок питания в компьютере?

Не будем писать заумные фразы, которые мало о чем скажут простому пользователю. Попытаемся сравнить. Блок питания – это что-то вроде электрической станции для всех элементов вашего ПК. Он формирует напряжение из электрической сети, которое необходимо для определенных деталей. Подпитывает их энергией и заставляет работать.

На БП желательно не экономить, поскольку от этого зависит . Наверняка вы хотя бы один раз, но сталкивались с перепадами сети. В районе резко выключался свет, и потом, уже после включения ПК вы замечали, что документы не сохранились или вообще какие-то программы отказываются нормально открываться.

Чтобы таких проблем не возникало, нужно покупать надежные и современные блоки питания, которые хоть и стоят подороже, но зато способны противостоять перепадам напряжения. Вы сможете все сохранить и спокойно завершить работу.

Какими бывают блоки питания: параметры для выбора

Первое, на что стоит обратить внимание – мощность. Нужно, чтобы ее хватало. Для выполнения простых задач обычно хватает 300-500 Вт. А если вы любитель навороченных компьютерных игр или используете серьезное ПО, то желательно поставить блок питания с мощностью около 600 Вт.

Нужны точные значения? Тогда воспользуйтесь специальными онлайн-сервисами или программами для расчета, вы легко найдете бесплатные.

При выборе стоит обратить внимание также на встроенные вентиляторы. Они бывают разных размеров, но лучше всего остановиться на 120-миллиметровых. Если что-то случится, быстрее найдете замену.

Дальше поговорим о более сложном вопросе – кабелях и разъемах. Все должно подходить друг другу, иначе, как понимаете, компьютер работать не будет. Сначала обращают внимание на разъем для подключения , в современных БП он 24-пиновый, и некоторые модели можно использовать даже в старых компьютерах. А вот старые БП для новых РС не подходят.

Это еще не все. Для питания процессора лучше всего покупать БП с двумя разъемами, по возможности не пользоваться старыми IDE дисками или DVD-приводом с 4-пиновым разъемом. Это еще больше усложнит задачу выбора подходящего блока питания.

Проследите также, чтобы был 6-пиновый разъем для видеокарты, и чтобы длина кабелей соответствовала вашим потребностям. Для этого, само собой, лучше выбирать вживую, а не по картинкам и описанию в интернете.

Если вдаваться в подробности, то нужно рассмотреть и такой параметр, как КПД блока питания. Он говорит об эффективности преобразования энергии – соотношении потребления ее БП и отдачи элементам компьютера. В современных блоках питания уровень КПД составляет примерно 80-85%, для личного пользования вполне достаточно.

А вот для крупных фирм, где много ПК, нужно 90-95%. Им также стоит присмотреться к блокам питания с раздельной стабилизацией по каждому кабелю. Остальным же можно не заморачиваться по этому вопросу.

За сколько покупать блок питания в компьютер?

Ориентируйтесь на свои задачи и возможности, но помните, что слишком дешевые – в любом случае не ваш вариант. За 30 долларов вы себе только лишние проблемы приобретете. Есть и относительно недорогие, но качественные производители, к которым можно отнести Cooler Master, Chieftec и FSP.

А если совсем не хотите вникать в тонкости работы своего ПК, обзаведитесь надежным помощником. Только специалист сможет подобрать идеальный блок питания, исходя из вашей ситуации. Рисковать же работоспособностью компьютера не стоит. Скупой же дважды платит. Так что лучше не повторять чужих ошибок и заплатить слегка больше.

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:

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

Модульные устройства предоставляют возможность отсоединить неиспользуемые жгуты проводов.
Безвентиляторные устройства с пассивным охлаждением, тихие и дорогие.
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.