05 - Архітектура персонального комп'ютера

Тема 8 - Блок живлення

Конспект лекції

Ключові терміни:

безперебійне джерело живлення, внутрішній блок живлення, коефіцієнт корисної дії, потужність блоку живлення, стабілізатор напруги

8.1 Система енергоживлення ПК

Невід'ємною частиною кожного комп'ютера є блок живлення. Він важливий так само, як і інші частини комп'ютера.

У системі електроживлення ПК застосовуються:

- внутрішній блок живлення - вторинне джерело живлення, призначене для забезпечення вузлів комп'ютера електричною енергією постійного струму (йому ми приділимо найбільшу увагу).

- безперебійне джерело живлення (Uninterrupted Power Supply, UPS) - це пристрій, що працює як інтелектуальний фільтр стрибків напруги. Він, в разі повного відключення електроенергії, за допомогою вбудованих батарей підтримує роботу комп'ютера протягом деякого часу для збереження інформації, з якою працював користувач. Комп'ютер підключається до UPS, а він у свою чергу підключається до мережі.

- стабілізатор напруги - це пристрій, який перетворює електричну енергію, що на виході дозволяє отримати напругу, що знаходиться в межах заданих користувачем.

Основне призначення блоку живлення:

Блок живлення – дуже важлива деталь персонального комп’ютера. Поганий блок живлення (БЖ) може не тільки спричинити нестабільну роботу всієї системи, з постійними її зависаннями і перезавантаження. Та й вихід з ладу цінних комплектуючих через стрибок напруги і поганого БЖ теж не рідкість. 

8.2 Електричні параметри та характеристики блоків живлення

Блок живлення має безліч електричних параметрів, більшість з яких не відзначаються в паспорті. На бічній наклейці блоку живлення відзначається звичайно тільки декілька основних параметрів – робочі напруга та потужність.

Потужність блоку живлення – характеризує, скільки він може віддати електричної енергії приладам, що підключають до нього, (материнська плата, відеокарта, жорсткий диск і ін.). Потужність часто позначають на етикетці великим шрифтом. По задумці, достатньо сумувати споживання використовуваних компонентів і вибрати блок живлення трохи більшої потужності для запасу.

Взагалі сьогодні, навіть для простого настільного  неігрового комп'ютера, купувати блок живлення потужністю нижче 350 Ватт просто немає сенсу, оскільки виграш в ціні буде дуже невеликим. Краще мати "запас міцності" хоча б до 450, а краще - до 500-600 Ват для домашньої системи і 1000-1500 Ват - для потужного ігрового "монстра".

Стабільність напруг. Далі розглянемо таку характеристику як, стабільність напруг, яку видає блок живлення. В процесі роботи, який ідеальний не був би блок живлення, його напруга змінюється. Збільшення напруги викликає в першу чергу збільшення струмів спокою всіх схем, а також зміну параметрів схем. Так, наприклад, для підсилювача потужності збільшення напруги збільшує його вихідну потужність. Збільшену потужність можуть не витримати деякі електронні деталі та згоріти. Це ж збільшення потужності обумовлює збільшення розсіювання потужності електронними елементами, а, отже, до зростання температури цих елементів. Що приведе до перегріву і /або зміни характеристик.

Зниження напруги навпаки зменшує струм спокою, і також погіршує характеристики схем, наприклад амплітуду вихідного сигналу. При зниженні нижче певного рівня певні схеми перестають працювати. Особливо до цього чутлива електроніка жорстких дисків.

Припустимі відхилення напруги на лініях блоку живлення описані в стандарті ATX та в середньому не повинні перевищувати ±5% від номіналу лінії.

Для комплексного відображення розміру осідання напруг використовують крос-навантажувальну характеристику. Це кольорове відображення рівня відхилення напруги обраної лінії при навантаженні двох ліній: обраної та +12В.

Коефіцієнт корисної дії

Перейдемо тепер до коефіцієнта корисної дії або скорочено ККД - це відношення корисної роботи до витраченого. ККД показує скільки зі спожитої енергії перетворилося в корисну енергію. Чим вище ККД, тим менше треба платити за електроенергію споживану комп'ютером. Більшість якісних блоків живлення мають схожий ККД, вона варіює в діапазоні не більше 10%, але ККД блоків живлення з ПККП (PPFC) і АККП (APFC) значно вище.

Коефіцієнт потужності

Як параметр, на який варто звертати увагу при виборі БЖ, коефіцієнт потужності менш значний, але від нього залежать інші величини. При малому значенні коефіцієнта потужності буде і мале значення ККД. Як було відзначено вище, коректори коефіцієнта потужності приносять безліч покращень. Більший коефіцієнт потужності обумовить зниження струму в мережі.

8.3 Неелектричні параметри та характеристики блоків живлення

Звісно, як і для електричних характеристик, неелектричні параметри в паспорті вказується далеко не всі. Хоча неелектричні параметри блоку живлення також важливі. Перелічимо основні з них:

Більшість неелектричних параметрів зрозумілі всім користувачам. Однак зупинимося на більш актуальних параметрах.

Рівень шуму.  Більшість сучасних блоків живлення працюють тихо, вони мають рівень шуму близько 16 дБ. Хоча навіть у блок живлення з паспортним рівнем шуму 16 дБ може бути встановлений вентилятор з частотою обертання 2000 об/хв. В цьому випадку, при навантаженні блоку живлення близько 80%, схема керування швидкістю обертання вентилятора включить його на максимальні оберти, що призведе до появи значного шуму, іноді більше ніж 30 дБ.

Ергономіка. Також необхідно приділяти увагу зручності та ергономіці блоку живлення. Використання модульного підключення кабелів живлення має багато переваг. Це і більш зручне підключення пристроїв, менше зайнятого простору в корпусі комп'ютера, що в свою чергу не тільки зручно, але поліпшує охолодження компонентів комп'ютера.

Купуючи готовий комп'ютер, користувачі часто не звертають увагу на те, які кабелі і роз'єми є у встановленому блоці живлення. Однак, коли настає час "апгрейда", навіть самого простого, наприклад, установки ще одного накопичувача і жорсткого диска, починаються проблеми із-за банальної нестачі вільних роз'ємів SATA або MOLEX. Крім того, лахміття проводів дешевих блоків живлення займають занадто багато місця, їх доводиться замотувати в кіски за допомогою пластикових стяжок або звичайного скотчу, щоб покращити повітрообмін усередині системного блоку. У дорогих блоках живлення всі проводи перемотані додатковою ізоляцією з використанням пластмасових стяжок, що дозволяє акуратно укладати провід усередині корпусу і не заважати охолодженню комп'ютера.

Вага блоку. У БЖ повинна бути велика вага! Нескладно здогадатися, що в гонитві за зниженням ціни безвідповідальні виробники економлять на всьому: спрощують схему, зменшують площу радіаторів, замінюють якісні і великі конденсатори на маленькі і дешеві. Якісний блок живлення повинен відчутно обтяжувати руку, як мінімум, двома кілограмами чистої ваги.

Великий гарантійний термін. Дешеві блоки живлення найчастіше не забезпечуються ніякої гарантією, у кращому випадку - від місяця до трьох. На більш-менш якісні блоки живлення продавець дає фірмову гарантію виробника не менш, ніж півроку. Якщо ж ви знайшли блок живлення з гарантією на три роки і ціна вас влаштовує, то варто брати однозначно, тільки не забудьте звернути увагу на потужність. Доступною ціна може виявитися лише з причини малої потужності.

Велика  кількість кабелів і роз'ємів.

І, нарешті, упакування. Найчастіше недорогі блоки живлення упаковані, в кращому випадку, в поліетиленову плівку. Блоки живлення з "іменем" мають значно серйозніше упакування. У яскравій картонній коробці з блоком живлення майже завжди є набір різних кріплень, додаткові аксесуари, наприклад, фігурна решітка для міні-моддінгу вентилятора, а також диск з додатковим ПЗ для управління блоком, якщо він має таку можливість.

8.4 Будова блоку живлення 200 Вт форм-фактору АТХ

Тепер подивимося, як на друкованій платі блоку живлення потужністю 200 Вт розташовані елементи. На рисунку 8.1 показані:

  1. Конденсатори, що виконують фільтрацію вихідних напруг.
  2. Місце не розпаяних конденсаторів фільтра вихідних напруг.
  3. Катушки індуктивності, що виконують фільтрацію вихідних напруг. Велика котушка відіграє роль не тільки фільтра, але ще працює як феромагнітний стабілізатор. Це дозволяє дещо знизити перекоси напруг при нерівномірному навантаженні різних вихідних напруг.
  4. Мікросхема ШІМ-стабілізатора WT7520.
  5. Радіатор на якому встановлені діоди Шотткі для напруг +3.3В і +5В, а для напруги +12В звичайні діоди. Необхідно відзначити, що часто особливо в старих блоках живленнях, на цьому ж радіаторі розміщаються додатково елементи. Це елементи стабілізації напруг +5В и +3,3В. У сучасних блоках живленнях розміщуються на цьому радіаторі тільки діоди Шотткі для всіх основних напруг або польові транзистори, які використовуються у якості випрямляча.
  6. Основний трансформатор, що здійснює формування всіх напруг, а також гальванічну розв'язку з мережею.
  7. Трансформатор, що формує керуючі напруги для вихідних транзисторів перетворювача.
  8. Трансформатор перетворювача, що формує чергову напругу +5В.
  9. Радіатор, на якому розміщені вихідні транзистори перетворювача, а також транзистор перетворювача формує чергову напругу.
  10. Конденсатори фільтра сіткової напруги. Їх не обов'язково повинно бути два. Для формування двополярної напруги та утворення середньої крапки встановлюють два конденсатори рівної ємності. Вони ділять випрямлену сіткову напругу навпіл, тим самим формуючи дві напруги різної полярності, з'єднані у загальній крапці. В схемах з однополярним живленням конденсатор один.
  11. Елементи фільтра мережі від гармонік (перешкод), що генеруються блоком живлення.
  12. Діоди діодного мосту, що здійснюють випрямлення змінної напруги мережі.

Рисунок 8.1 - Будова блоку живлення форм-фактору АТХ потужністю 200 Вт

8.5 Блок живлення АТХ потужністю 350 Вт.

Блок живлення 350 Вт побудований еквівалентно. Одразу привертають увагу великі розміри плати, збільшені радіатори та більшого розміру трансформатор перетворювача.

  1. Конденсатори фільтра вихідних напруг.
  2. Радіатор, що охолоджує діоди, які випрямляють вихідну напругу.
  3. ШІМ-контролер АТ2005 (аналог WT7520), що здійснює стабілізацію напруг.
  4. Основний трансформатор перетворювача.
  5. Трансформатор, що формує керуючу напругу для вихідних транзисторів.
  6. Трансформатор перетворювача чергової напруги.
  7. Радіатор, що охолоджує вихідні транзистори перетворювачів.
  8. Фільтр сіткової напруги від перешкод блоку живлення.
  9. Діоди діодного мосту.
  10. Конденсатори фільтра сіткової напруги.

Розглянута схема (рисунок 8.2) довго застосовувалася в блоках живленнях і зараз іноді зустрічається.

Рисунок 8.2 - Будова блоку живлення форм-фактору АТХ потужністю 350 Вт

8.6 Конструктивні особливості та типи роз’ємів

Розглянемо види роз’ємів, які можуть бути присутнім на блоці живлення. На задній стінці блоку живлення розміщається роз’єм для підключення мережного кабелю та вимикач (рис. 8.3). Раніше поруч з роз’ємом мережевого шнура знаходився також роз’єм для підключення мережного кабелю монітора. Опціонально можуть бути присутніми і інші елементи:

На задній стінці все рідше розміщають вентилятори, які відтягують з блоку живлення повітря. Все чаші вентилятор розміщають у верхній частині блоку живлення через більший простір для встановлення вентилятора, що дозволяє встановити великий і тихий активний елемент охолодження. На деяких блоках живленнях встановлюють навіть два вентилятори зверху та позаду.

 

Рисунок 8.3 - Розташування роз'ємів

8.7 Виробники

Дуже добре зарекомендували себе такі виробники:

1. FSP. Блоки живлення виробляються підрозділом Fortron/Source (FSP Group) - - SPI Electronic, і є постачальниками блоків для  компаній InWin, AOpen, Zalman. 

2. InWin. Один з найбільш відомих виробників системних корпусів, раніш використовували блоки від FSP Group, але сьогодні розвинули власне виробництво, не менш якісне до речі. Дані блоки живлення зазвичай мають логотип PowerMan.

3. Sirtec. Блоки даної фірми продаються під марками High Power, Powerman, PowermanPro, Thermaltake. Рекомендованими до купівлі є моделі 360Вт і вище.

4. Delta/LiteON. Сьогодні зустрічаються в корпусах HP.

На закордонному ринку дуже популярними є блоки живлення виробництва Antec и Enermax.

Тема 8 - Блок живлення Стислий конспект
© 2016 СумГУ
created with Lectur'EDbeta