Наша сеть партнеров Banwar
Комп'ютерний блок живлення - джерело живлення (блок живлення, БП), призначене для постачання вузлів комп'ютера електричною енергією постійного струму, а також перетворення мережевої напруги до заданих значень.
В деякій мірі блок живлення також:
виконує функції стабілізації і захисту від незначних перешкод живлячої напруги;
будучи забезпечений вентилятором, бере участь в охолодженні компонентів всередині системного блоку персонального комп'ютера.
Потужність, що віддається в навантаження існуючими БП, в значній мірі залежить від складності комп'ютерної системи і варіюється в межах від 50 (вбудовані платформи малих форм-факторів) до 1800 Вт (більшість високопродуктивних робочих станцій, серверів початкового рівня або геймерських машин).
У разі побудови кластера, розрахунок необхідної кількості енергії, що підводиться враховує споживану кластером потужність, потужність систем охолодження і вентиляції, коефіцієнт корисної дії яких в свою чергу відмінний від одиниці. За даними компанії APC by Schneider Electric, на кожен Ватт споживаної серверами потужності, потрібно забезпечення 1,06 Ватта систем охолодження. Особливу важливість грамотний розрахунок має при створенні ЦОД з резервуванням за формулою N + 1.
Згідно зі специфікацією ATX 2.x, блок живлення настільного комп'ютера повинен забезпечувати вихідні напруги ± 5, ± 12, +3,3 Вольт, а також +5 Вольт чергового режиму (англ. Standby).
Основними силовими ланцюгами є напруги +3.3 В, +5 В і + 12В. Причому, чим вище напруга, тим більша потужність передається за даними ланцюгах. Негативні напруги живлення 5В і 12В допускають невеликі струми і досить часто материнською платою не використовується.
Потенціал -5 В використовуються тільки інтерфейсом ISA і через фактичну відсутність цього інтерфейсу на сучасних материнських платах провід -5 В в нових блоках харчування повинен бути відсутнім.
Потенціал -12 В необхідний для повної реалізації стандарту послідовного інтерфейсу RS-232, тому також часто відсутній.
Сучасні електронні компоненти використовують напругу харчування не вище +5 Вольт. Найбільш потужні споживачі енергії, такі як відеокарта, центральний процесор, північний міст підключаються через розміщення на материнській платі або на відеокарті вторинні перетворювачі з живленням від ланцюгів як +5 так і +12.
Напруга +12 В використовується для живлення найбільш потужних споживачів. Поділ живлять напруг на 12В і 5В доцільно як для зниження струмів по друкованим провідникам плат, так і для зниження втрат енергії на вихідних випрямних діодах блоку живлення.
Напруга +3.3 в блоці живлення формується з напруги +5 В, а тому існує обмеження сумарної споживаної потужності по ± 5В і + 3.3В.
Напруги ± 5, ± 12, +3,3 Вольт, +5 Вольт чергового режиму використовуються материнською платою. Для жорстких дисків, оптичних приводів, вентиляторів використовуються тільки напруги +5 В і + 12В.
У більшості випадків використовується полумостовой імпульсний блок живлення. Блоки живлення з накопичують енергію трансформаторами природно обмежені за потужністю габаритами трансформатора і застосовується значно рідше.
В кінці 2000-х років стали з'являтися модульні БП [1].
Внутрішній пристрій
Широко поширена схема імпульсного джерела живлення складається з наступних частин:
Вхідного фільтра, що запобігає поширення імпульсних перешкод в живильну мережу, для відповідності вимогам законодавства країн по електромагнітним випромінюванням, в Росії - вимогам СанПіН 2.2.4.1191-03 «Електромагнітні поля у виробничих умовах, на робочих місцях. Санітарно-епідеміологічні правила і нормативи »[2]. Також, вхідний фільтр запобігає пошкодженню вхідного випрямного моста струмом заряду електролітичних конденсаторів при включенні БП в електричну мережу
Вхідного випрямного моста, що перетворює змінну напругу в постійне пульсуюче
Фільтра, що згладжує пульсації випрямленої напруги
Полумостового перетворювача на двох біполярних транзисторах
Ланцюгів управління перетворювачем і захисту комп'ютера від перевищення / зниження напруги живлення.
Імпульсного високочастотного трансформатора, який служить для формування необхідних номіналів напруги, а також для гальванічної розв'язки ланцюгів (вхідних від вихідних, а також, при необхідності, вихідних один від одного). Пікові напруги на виході високочастотного трансформатора пропорційні вхідного живлячої напруги і значно перевищують необхідні вихідні.
Вихідні випрямлячі. Позитивні і негативні напруги (5В і 12В) використовують одні й ті ж вихідні обмотки трансформатора, з різним напрямком включення діодів випрямляча. Для зниження втрат, по ланцюгу 5В використовують діоди Шотки, що володіють малим прямим падінням напруги.
Дроселя вихідний групової стабілізації. Дросель згладжує імпульси, накопичуючи енергію між імпульсами з вихідних випрямлячів. Друга його функція - перерозподіл енергії між ланцюгами вихідних напруг. Так якщо за будь-якою каналу збільшиться споживаний струм, що знизить напругу в цьому ланцюзі, дросель групової стабілізації як трансформатор знизить напругу по інших кіл. Ланцюг зворотного зв'язку виявить зниження вихідних ланцюгів, збільшить загальну подачу енергії, і відновить необхідні значення напруг.
Вихідних фільтруючих конденсаторів. Вихідні конденсатори, разом з дроселем групової стабілізації інтегрує імпульси, тим самим отримуючи необхідні значення напруг, які значно нижче напруги з виходу трансформатора
Ланцюга зворотного зв'язку, яка підтримує стабільну напругу на виході блоку живлення.
Окремої малопотужного блоку живлення +5 Вольт чергового режиму на дискретних елементах або TOPSwitch. Даний джерело живлення виконаний у вигляді обратноходового перетворювача
Переваги такого блоку живлення:
Проста і перевірена часом схемотехніка з задовільною якістю стабілізації вихідних напруг.
Високий ККД. Основні втрати припадають на перехідні процеси, які тривають значно менший час, ніж стійкий стан.
Малі габарити і маса, обумовлені як меншим виділенням тепла на регулюючому елементі, так і меншими габаритами трансформатора, завдяки тому, що останній працює на більш високій частоті.
Менша металоємність, завдяки чому потужні імпульсні джерела живлення коштують дешевше трансформаторних, незважаючи на велику складність
Можливість включення в мережі широкого діапазону напруг і частот, або навіть постійного струму. Завдяки цьому можлива уніфікація техніки, виробленої для різних країн світу, а значить і її здешевлення при масовому виробництві.
Недоліки полумостового блоку живлення на біполярних транзисторах:
При побудові схем силової електроніки використання біполярних транзисторів в якості ключових елементів знижує загальний ККД пристрою [3]. Управління біполярними транзисторами вимагає значних витрат енергії. Все більше комп'ютерних блоків живлення будується на більш дорогих потужних MOSFET транзисторах. Схемотехніка таких комп'ютерних блоків живлення реалізована як у вигляді полу мостова схема, так і обратноходових перетворювачів. Для задоволення масогабаритних вимог до комп'ютерного блоку живлення, в обратноходових перетворювачах використовуються значно вищі частоти перетворення (100-150 кГц).
Велика кількість намотувальних виробів, індивідуально розробляються для кожного типу блоків живлення. Такі вироби знижують технологічність виготовлення БП.
Відсутність активного коректора потужності збільшує навантаження на мережу живлення. Більш якісні комп'ютерні блоки живлення містять активний коректор фактора потужності.
У багатьох випадку недостатня стабілізація вихідної напруги по каналах. Дросель групової стабілізації не дозволяє з високою точністю забезпечувати значення напруги в усіх каналах. Дорожчі блоки живлення формують напруги ± 5Вольт, 3.3Вольт за допомогою вторинних перетворювачів з каналу 12Вольт.
стандарти
Застарілий (AT)
У блоках живлення комп'ютера AT вимикач живлення знаходиться в силовому ланцюзі і зазвичай виводиться на передню панель корпусу окремими проводами, харчування чергового режиму з відповідними ланцюгами відсутній в принципі. Однак майже всі материнські плати стандарту АТ + ATX мали вихід управління блоком живлення, а блоки живлення, в той же час, вхід, що дозволяє материнській платі стандарту АТ керувати ним (включати і вимикати). Блок живлення стандарту AT підключається до материнської плати двома шестиконтактних роз'ємами, що включаються в один 12-контактний роз'єм на материнській платі. До роз'ємів від блоку живлення йдуть різнокольорові дроти, і правильним є підключення, коли контакти роз'ємів з чорними проводами сходяться в центрі роз'єму материнської плати.
Сучасний (ATX)
У 24-контактного ATX роз'єму, останні 4 контакту можуть бути знімними, для забезпечення сумісності з 20-контактним гніздом на материнській платі
ВиходДопускМінімумНомінальноеМаксімумЕдініца вимірювання
+ 12V1DC [4] ± 5% + 11.40 + 12.00 + 12.60Вольт
+ 12V2DC [5] ± 5% + 11.40 + 12.00 + 12.60Вольт
+5 VDC ± 5% + 4.75 + 5.00 + 5.25Вольт
+3.3 VDC [6] ± 5% + 3.14 + 3.30 + 3.47Вольт
-12 VDC ± 10% -10.80-12.00-13.20Вольт
+5 VSB ± 5% + 4.75 + 5.00 + 5.25Вольт
Підвищено вимоги до + 5VВС - тепер БП повинен віддавати струм не менше 12 А (+3.3 VDC - 16,7 А відповідно, але при цьому сукупна потужність не належна перевищити 61 Вт) для типової системи споживання потужністю 160 Вт. Виявився перекіс вихідної потужності: раніше основним був канал +5 У, тепер були продиктовані вимоги щодо мінімального току +12 В. Вимоги були обумовлені подальшим зростанням потужності комплектуючих (в основному, відеокарти), чиї вимоги не могли бути задоволені лініями +5 В з- за дуже великих струмів в цій лінії.
Види роз'ємів БП / споживачів харчування
Роз'єми Molex: ATX12V для підключення основного живлення материнської плати, харчування периферійного пристрою 12 і 5 вольт міні (зазвичай, дисковод) і звичайного розміру (molex 8981)
20-контактний роз'єм основного живлення + 12V1DCV використовувався з першими материнськими платами форм-фактора ATX, до появи материнських плат з шиною PCI-Express.
24-контактний роз'єм основного живлення + 12V1DC (вилка типу MOLEХ 24 Pin Molex Mini-Fit Jr. PN # 39-01-2240 або еквівалентна на стороні БП з контактами типу Molex 44476-1112 (HCS) або еквівалентна; розетка відповідної частини на материнській платі типу Molex 44206-0007 або еквівалентна) створений для підтримки материнських плат з шиною PCI Express, яка споживає 75 Вт [12]. Більшість материнських плат, що працюють на ATX12V 2.0, підтримують також блоки живлення ATX v1.x (4 контакти залишаються незадіяними), для цього деякі виробники роблять колодку нових чотирьох контактів отстёгівивающейся.
24-контактний роз'єм живлення материнської плати ATX12V 2.x
(20-контактний не має останніх чотирьох: 11, 12, 23 і 24)
«Power On» підтягується на резисторі до рівня +5 Вольт всередині блоку живлення, і повинен бути низького рівня для включення живлення.
«Power good» тримається на низькому рівні, поки на інших виходах ще не сформовано напруга необхідного рівня.
Провід «+3.3 V sense» використовується для дистанційного зондування [14].
Контакт 20 (і білий провід) використовується для забезпечення -5 В постійного струму в ATX і ATX12V версії до 1.2. Ця напруга не є обов'язковим вже в версії 1.2 і повністю відсутня в версіях 1.3 і старше.
У 20-контактний версії праві контакти нумеруються з 11 по 20.
Провід +3.3 VDC оранжевого кольору і отводка +3.3 V sense коричневого кольору, підключені до 13-му контакту, мають товщину 18 AWG; всі інші - 22 AWG
Також на БП розміщуються:
4-контактний роз'єм ATX12V (іменований також P4 power connector) - допоміжний роз'єм для живлення процесора: вилка типу MOLEX 39-01-2040 або еквівалентна з контактами Molex 44476-1112 (HCS) або еквівалентними; розетка відповідної частини на материнській платі типу Molex 39-29-9042 або еквівалентна. Провід товщиною 18 AWG. У разі побудови високопотребляемой системи (понад 700 Вт), розширюється до EPS12V (англ. Entry-Level Power Supply Specification) - 8-контактного допоміжного роз'єму для живлення материнської плати і процесора 12 В,
4-контактний роз'єм для дисковода з контактами AMP 171822-4 або еквівалентними. Провід товщиною 20 AWG.
4-контактний роз'єм для живлення периферійного пристрою типу жорсткого диска або оптичного накопичувача з інтерфейсом P-ATA: вилка типу MOLEХ 8981-04P або еквівалентна з контактами AMP 61314-1 або еквівалентними. Провід товщиною 18 AWG.
5-контактні роз'єми MOLEX 88751 для підключення живлення SATA-пристроїв складається з корпусу типу MOLEX 675820000 або еквівалентного з контактами Molex 675810000 або еквівалентними [15].
6 або 8-контактні роз'єми для живлення PCI Express x16 відеокарт.
Блок живлення ноутбука
Блок живлення для ноутбуків, як правило, застосовується для зарядки АКБ, а також для забезпечення ноутбука харчуванням в обхід акумулятора. За типом виконання, БП ноутбука найчастіше зовнішній блок. З причини практики випускати БП під конкретну модель (серію) ноутбуків і враховуючи той факт, що характеристики різних моделей значно різняться, на зовнішні блоки живлення немає єдиного стандарту, і самі БП зазвичай не взаємозамінні. Також, виробники ноутбуків часто використовують різні роз'єми живлення.
Більшість роз'ємів живлення ноутбуків виконуються з позитивним внутрішнім провідником, але існують роз'єми і з зворотною полярністю. Зазвичай ноутбуки живляться від напруги 18.5В або 19В, хоча зустрічаються варіанти з напругою 15В, 16В, 19.5В, 20В або навіть 24В (Apple). Крім того, блоки живлення відрізняються максимальною вихідною потужністю. Використання несумісних блоків живлення практично завжди призводить до виходу ноутбуків з ладу, за винятком випадків, коли полярність збігається, різниця в напрузі не перевищує 0,5 В, і БП досить потужний. Різниця в конструктивному виконанні штекерів рятує від неправильного підключення не завжди.
Існує ініціатива по стандартизації блоків живлення для ноутбуків.