Блок питания ( БП ) преобразует переменный ток сети в регулируемый постоянный ток низкого напряжения для внутренних компонентов настольного компьютера. Современные персональные компьютеры повсеместно используют импульсные блоки питания . Некоторые блоки питания имеют ручной переключатель для выбора входного напряжения, в то время как другие автоматически подстраиваются под напряжение сети
Большинство современных настольных ПК блоков питания соответствуют спецификации ATX , которая включает форм-фактор и допуски напряжения. Когда блок питания ATX подключен к электросети, он всегда обеспечивает 5- вольтовое резервное питание (5VSB), чтобы резервные функции компьютера и определенные периферийные устройства были запитаны. Блоки питания ATX включаются и выключаются сигналом с материнской платы . Они также подают сигнал на материнскую плату, чтобы указать, когда напряжение постоянного тока соответствует спецификации, чтобы компьютер мог безопасно включиться и загрузиться. Самый последний стандарт ATX PSU — это версия 3.0 по состоянию на середину 2024 года.
Блок питания настольного компьютера преобразует переменный ток (AC) из розетки электросети в постоянный ток низкого напряжения (DC) для работы материнской платы, процессора и периферийных устройств. Требуется несколько напряжений постоянного тока, и они должны регулироваться с определенной точностью для обеспечения стабильной работы компьютера. Шина питания или шина напряжения относится к одному напряжению, обеспечиваемому блоком питания. [1]
Некоторые блоки питания также могут подавать резервное напряжение , так что большая часть компьютерной системы может быть отключена после подготовки к спящему режиму или выключению и включена снова по событию. Резервное питание позволяет запускать компьютер удаленно через wake-on-LAN и Wake-on-ring или локально через Keyboard Power ON (KBPO), если материнская плата поддерживает это. Это резервное напряжение может генерироваться небольшим линейным источником питания внутри блока или импульсным источником питания, разделяющим некоторые компоненты с основным блоком для экономии затрат и энергии.
Блоки питания микрокомпьютеров и домашних компьютеров первого поколения использовали тяжелый понижающий трансформатор и линейный источник питания, как, например, в Commodore PET, представленном в 1977 году. Apple II , также представленный в 1977 году, был известен своим импульсным источником питания , который был легче и меньше, чем эквивалентный линейный источник питания, и не имел охлаждающего вентилятора. Импульсный источник питания использует высокочастотный трансформатор с ферритовым сердечником и силовые транзисторы, которые переключаются тысячи раз в секунду. Регулируя время переключения транзистора, можно точно контролировать выходное напряжение без рассеивания энергии в виде тепла в линейном регуляторе. Разработка высокомощных и высоковольтных транзисторов по экономичным ценам сделала практичным внедрение импульсных источников питания, которые использовались в аэрокосмической промышленности, мэйнфреймах, мини-компьютерах и цветном телевидении, в настольные персональные компьютеры. Конструкция Apple II инженера Atari Рода Холта была запатентована [2] [3] и находилась в авангарде современных компьютерных конструкций источников питания. Сейчас во всех современных компьютерах используются импульсные блоки питания, которые легче, дешевле и эффективнее эквивалентных линейных блоков питания.
Блоки питания компьютеров могут иметь защиту от короткого замыкания, защиту от перегрузки по мощности, защиту от повышенного напряжения, защиту от пониженного напряжения, защиту от перегрузки по току и защиту от перегрева.
Источники питания, предназначенные для использования по всему миру, когда-то были оснащены селекторным переключателем входного напряжения, который позволял пользователю настраивать устройство для использования в локальной электросети. В нижнем диапазоне напряжения, около 115 В, этот переключатель включается, изменяя выпрямитель напряжения электросети на удвоитель напряжения в схеме Делона . В результате большой первичный конденсатор фильтра за этим выпрямителем был разделен на два конденсатора, соединенных последовательно, сбалансированных резисторами сброса и варисторами , которые были необходимы в верхнем диапазоне входного напряжения, около 230 В. Подключение устройства, настроенного для нижнего диапазона, к сети с более высоким напряжением обычно приводило к немедленному необратимому повреждению. Когда требовалась коррекция коэффициента мощности (PFC), эти конденсаторы фильтра заменялись на более емкие вместе с катушкой, установленной последовательно для задержки пускового тока. Это простая конструкция пассивного PFC.
Активный PFC более сложен и может достигать более высокого PF, до 99%. Первые схемы активного PFC просто задерживали пусковой ток. Новые работают как управляемый входным и выходным состоянием повышающий преобразователь, питая один фильтрующий конденсатор 400 В от широкодиапазонного входного источника, обычно от 80 до 240 В. Новые схемы PFC также заменяют ограничитель пускового тока на основе NTC , который является дорогостоящей деталью, ранее располагавшейся рядом с предохранителем.
Первый блок питания (БП) IBM PC подавал два основных напряжения: +5 В и +12 В. Он подавал два других напряжения, −5 В и −12 В, но с ограниченной мощностью. Большинство микросхем того времени работали от питания 5 В. Из 63,5 Вт , которые могли выдавать эти БП, большая часть приходилась на эту шину +5 В.
Напряжение +12 В использовалось в основном для работы двигателей, например, в дисководах и вентиляторах охлаждения. По мере добавления дополнительных периферийных устройств все больше мощности подавалось на шину 12 В. Однако, поскольку большая часть мощности потребляется микросхемами, шина 5 В по-прежнему обеспечивала большую часть мощности. Шина −12 В использовалась в основном для подачи отрицательного напряжения питания на последовательные порты RS-232 . Шина −5 В была предусмотрена для периферийных устройств на шине ISA (например, звуковых карт), но не использовалась ни одной материнской платой, кроме оригинальной материнской платы IBM PC.
Дополнительный провод, называемый «Power Good», используется для предотвращения работы цифровой схемы в течение первых миллисекунд включения питания, когда выходные напряжения и токи растут, но еще недостаточны или не стабильны для правильной работы устройства. Как только выходная мощность готова к использованию, сигнал Power Good сообщает цифровой схеме, что она может начать работать.
Оригинальные блоки питания IBM для ПК (модель 5150), XT и AT включали в себя сетевой выключатель питания, который выступал через боковую часть корпуса компьютера. В распространенном варианте, встречающемся в корпусах Tower , сетевой выключатель подключался к блоку питания коротким кабелем, что позволяло монтировать его отдельно от блока питания.
Ранний блок питания микрокомпьютера был либо полностью включен, либо выключен, управляемый механическим переключателем напряжения сети, а энергосберегающие режимы простоя с низким энергопотреблением не были предусмотрены при проектировании ранних блоков питания компьютеров. Эти блоки питания, как правило, не были способны на режимы энергосбережения, такие как режим ожидания или «мягкое выключение», или запланированное включение питания.
Из-за постоянно включенной конструкции в случае короткого замыкания либо перегорит предохранитель, либо импульсный источник питания будет многократно отключать питание, ждать короткий промежуток времени и пытаться перезапуститься. Для некоторых источников питания повторный перезапуск слышен как тихое быстрое чириканье или тиканье, издаваемое устройством.
Когда Intel разработала стандартный разъем питания ATX (опубликованный в 1995 году), микросхемы, работающие от 3,3 В, стали пользоваться все большей популярностью, начиная с микропроцессора Intel 80486DX4 в 1994 году, а стандарт ATX обеспечивает три положительных шины: +3,3 В, +5 В и +12 В. Более ранние компьютеры, которым требовалось 3,3 В, обычно получали его с помощью простого, но неэффективного линейного регулятора, подключенного к шине +5 В.
Разъем ATX обеспечивает несколько проводов и подключений питания для источника питания 3,3 В, поскольку он наиболее чувствителен к падению напряжения в соединениях питания. Другим дополнением ATX стала шина +5 В SB (standby) для обеспечения небольшого количества резервного питания , даже когда компьютер был номинально «выключен».
Когда компьютер находится в спящем режиме ACPI S3, используется только шина SB +5 В.
Между блоками питания AT и ATX есть два основных различия : разъемы, которые обеспечивают питание материнской платы, и программный переключатель. В системах в стиле ATX переключатель питания на передней панели обеспечивает только управляющий сигнал для блока питания и не переключает напряжение переменного тока сети. Этот низковольтный элемент управления позволяет другому компьютерному оборудованию или программному обеспечению включать и выключать систему.
Поскольку блоки питания ATX имеют те же размеры (150 × 86 мм (5,9 × 3,4 дюйма)) и ту же схему крепления (четыре винта, расположенных на задней стороне блока), что и предыдущий формат, нет никаких существенных физических различий, препятствующих установке блока питания ATX в корпус AT (или наоборот, если корпус может вместить выключатель питания, необходимый для блока питания AT), при условии, что конкретный блок питания не слишком длинный для конкретного корпуса.
По мере того, как транзисторы на чипах становятся меньше, становится предпочтительным работать с ними при более низких напряжениях питания, а самое низкое напряжение питания часто требуется для самого плотного чипа, центрального процессора . Для того чтобы подавать большие объемы низковольтной энергии на Pentium и последующие микропроцессоры, на материнских платах начали устанавливать специальный блок питания, модуль регулятора напряжения . Более новые процессоры требуют до 100 А при 2 В или менее, что непрактично для подачи от внешних источников питания.
Первоначально это обеспечивалось основным источником питания +5 В, но по мере роста потребностей в мощности высокие токи, необходимые для обеспечения достаточной мощности, стали проблематичными. Чтобы уменьшить потери мощности в источнике питания 5 В, с появлением микропроцессора Pentium 4 компания Intel изменила источник питания процессора для работы от +12 В и добавила отдельный четырехконтактный разъем P4 к новому стандарту ATX12V 1.0 для подачи этого питания.
Современные мощные графические процессоры делают то же самое, в результате чего большая часть потребляемой мощности современного персонального компьютера приходится на шину +12 В. Когда впервые появились мощные графические процессоры, типичные блоки питания ATX были «тяжелыми на 5 В» и могли поставлять только 50–60% своей выходной мощности в виде мощности 12 В. Таким образом, производители графических процессоров, чтобы обеспечить 200–250 Вт мощности 12 В (пиковая нагрузка, ЦП+ГП), рекомендовали блоки питания мощностью 500–600 Вт или выше. Более современные блоки питания ATX могут поставлять почти всю (обычно 80–90%) свою общую номинальную мощность в виде мощности +12 В.
В связи с этим изменением при использовании старого блока питания ATX с более новым компьютером важно учитывать мощность источника питания +12 В, а не общую мощность.
Производители некачественных блоков питания иногда пользуются этой завышенной спецификацией, присваивая нереалистично высокие номинальные характеристики блоков питания, зная, что очень немногие клиенты полностью понимают номинальные характеристики блоков питания. [4]
Напряжение питания шин +3,3 В и +5 В редко является ограничивающим фактором; как правило, любой источник питания с достаточным номиналом +12 В будет иметь достаточную емкость при более низких напряжениях. [ необходима цитата ] Однако большинство жестких дисков или карт PCI будут создавать большую нагрузку на шину +5 В [ необходима цитата ] .
Старые [ когда? ] процессоры и логические устройства на материнской плате были разработаны для рабочего напряжения 5 В. Блоки питания для этих компьютеров точно регулируют выходное напряжение 5 В и подают напряжение на шину 12 В в указанном диапазоне напряжений в зависимости от соотношения нагрузки обеих шин. Напряжение +12 В использовалось для двигателей вентиляторов компьютеров , двигателей дисководов и последовательных интерфейсов (которые также использовали напряжение -12 В). Дальнейшее использование напряжения 12 В пришло со звуковыми картами, использующими линейные усилители мощности звука на чипах, иногда фильтруемые линейным регулятором 9 В на карте для снижения шума двигателей.
Поскольку некоторые варианты ЦП i386 используют более низкие рабочие напряжения, такие как 3,3 или 3,45 В, [ требуется цитата ] материнские платы имели линейные регуляторы напряжения, питаемые от шины 5 В. Перемычки или DIP-переключатели устанавливали выходные напряжения в соответствии со спецификацией установленного ЦП. Когда более новым ЦП требовались более высокие токи, регуляторы напряжения с переключением, такие как понижающие преобразователи, заменили линейные регуляторы для эффективности.
Начиная с первой редакции стандарта ATX , блоки питания должны были иметь выходную шину напряжения 3,3 В. В редких случаях их генерировал линейный регулятор, питаемый от 5 В и преобразующий произведение падения напряжения и тока в тепло. Позднее [ когда? ] регуляторы управляли всеми шинами 3,3, 5 и 12 В.
Поскольку потребление тока процессорами возросло (из-за более высокого статического тока из-за большего количества транзисторов и гораздо более высокого динамического тока из-за большего количества и частоты переключения) в поколениях процессоров после i386 , возникла необходимость размещать регуляторы напряжения близко к процессору. Чтобы снизить энергопотребление регулирования (и, таким образом, оставаться термически осуществимыми), эти регуляторы имеют конструкцию импульсного источника питания [ требуется ссылка ] . Чтобы не допустить потерь проводимости, желательно передавать ту же мощность по более высоковольтной шине +12 В при более низком токе, а не по +5 В при более высоком токе. Таким образом, блоки питания эпохи Pentium, как правило, имеют самую высокую токовыделительную способность на этих шинах.
Entry-Level Power Supply Specification (EPS) — это блок питания, предназначенный для компьютеров с высоким потреблением энергии и серверов начального уровня. Разработанный форумом Server System Infrastructure (SSI), группой компаний, включая Intel, Dell, Hewlett-Packard и другие, которые работают над серверными стандартами, форм-фактор EPS является производным от форм-фактора ATX . Последняя спецификация — v2.93.
Стандарт EPS обеспечивает более мощную и стабильную среду для критически важных серверных систем и приложений. Блоки питания EPS имеют 24-контактный разъем питания материнской платы и восьмиконтактный разъем +12 В. Стандарт также определяет два дополнительных четырехконтактных разъема 12 В для более энергоемких плат (один требуется для блоков питания мощностью 700–800 Вт, оба требуются для блоков питания мощностью 850 Вт+). Блоки питания EPS в принципе совместимы со стандартными материнскими платами ATX или ATX12V, которые можно найти в домах и офисах, но могут возникнуть механические проблемы, когда разъем 12 В и в случае старых плат разъем нависают над гнездами. [5] Многие поставщики блоков питания используют разъемы, в которых можно отсоединить дополнительные секции, чтобы избежать этой проблемы. Как и в более поздних версиях стандарта блоков питания ATX, также отсутствует шина −5 В.
По мере увеличения мощности блока питания стандарт блоков питания ATX был изменен (начиная с версии 2.0 [6] ), включив в него:
3.2.4. Предел мощности/Опасные уровни энергии
В нормальных условиях или при перегрузке ни один выход не должен непрерывно обеспечивать мощность более 240 ВА при любых условиях нагрузки, включая короткое замыкание на выходе, в соответствии с требованиями UL 1950/CSA 950/EN 60950/IEC 950.— Руководство по проектированию блока питания ATX12V, версия 2.2 [7]
Это требование было позднее удалено из версии 2.3 (март 2007 г.) спецификаций блоков питания ATX12V [8] , но привело к различию в современных блоках питания ATX между одно- и многоканальными.
Правило было призвано установить безопасный предел тока, который может проходить через любой отдельный выходной провод. Достаточно большой ток может вызвать серьезные повреждения в случае короткого замыкания , или расплавить провод или его изоляцию в случае неисправности, или потенциально вызвать пожар или повредить другие компоненты. Правило ограничивает каждый выход до значения ниже 20 ампер , при этом типичные источники питания гарантируют доступность 18 А. Источники питания, способные выдавать более 18 А при 12 В, будут обеспечивать свой выход группами кабелей (называемых «рельсами»). Каждый рельс подает ограниченное количество тока через один или несколько кабелей, и каждый рельс независимо контролируется своим собственным датчиком тока, который отключает питание при избыточном токе. В отличие от предохранителя или автоматического выключателя , эти пределы сбрасываются, как только перегрузка устраняется. Обычно источник питания гарантирует не менее 17 А при 12 В, имея ограничение по току 18,5 А ± 8% . Таким образом, гарантируется подача тока не менее 17 А и гарантированное отключение до 20 А. Затем документируются ограничения по току для каждой группы кабелей, чтобы пользователь мог избежать размещения слишком большого количества высокоамперных нагрузок в одной группе.
Первоначально, во времена ATX 2.0, блок питания с «несколькими шинами +12 В» подразумевал, что он способен выдавать более 20 А мощности +12 В, и считался хорошим явлением. Однако люди считали необходимость балансировки нагрузок по многим шинам +12 В неудобной, особенно с тех пор, как более дорогие блоки питания начали выдавать гораздо большие токи, до 2000 Вт или более 150 А при 12 В (по сравнению с 240 или 500 Вт в более ранние времена). Когда назначение разъемов шинам выполняется во время производства, не всегда возможно переместить заданную нагрузку на другую шину или управлять распределением тока между устройствами.
Вместо того, чтобы добавлять больше цепей ограничения тока, многие производители предпочли проигнорировать это требование и увеличить пределы тока свыше 20 А на шину или предоставили источники питания с «одной шиной», в которых отсутствует схема ограничения тока. (В некоторых случаях, в нарушение их собственных рекламных заявлений о ее включении. [9] ) Из-за вышеуказанных стандартов почти все высокомощные источники питания заявляли о реализации отдельных шин, однако это заявление часто было ложным; многие опускали необходимую схему ограничения тока, [10] как по соображениям стоимости, так и потому, что это раздражает клиентов. [11] (Этот недостаток иногда рекламировался и рекламируется как функция под такими названиями, как «слияние шин» или «распределение тока».)
Требование было снято в результате, однако проблема оставила свой след в конструкциях блоков питания, которые можно разделить на конструкции с одной шиной и конструкции с несколькими шинами. Оба могут (и часто содержат) контроллеры ограничения тока. Начиная с ATX 2.31, выходной ток конструкции с одной шиной может проходить через любую комбинацию выходных кабелей, а управление и безопасное распределение этой нагрузки остается за пользователем. Конструкция с несколькими шинами делает то же самое, но ограничивает ток, подаваемый на каждый отдельный разъем (или группу разъемов), и налагаемые ею ограничения являются выбором производителя, а не устанавливаются стандартом ATX.
С 2011 года Fujitsu и другие производители первого уровня [12] выпускают системы, содержащие варианты материнских плат, которым требуется только питание 12 В от изготовленного на заказ блока питания, который обычно рассчитан на 250–300 Вт. Преобразование постоянного тока в постоянный , обеспечивающее 5 В и 3,3 В, выполняется на материнской плате; предложение заключается в том, что питание 5 В и 12 В для других устройств, таких как жесткие диски, будет поступать с материнской платы, а не с самого блока питания, хотя по состоянию на январь 2012 года это, по-видимому, не будет полностью реализовано [обновлять].
Причины такого подхода к электропитанию заключаются в том, что он устраняет проблемы перекрестной нагрузки, упрощает и сокращает количество внутренней проводки, которая может повлиять на воздушный поток и охлаждение, снижает затраты, повышает эффективность электропитания и снижает уровень шума за счет того, что скорость вращения вентилятора блока питания контролируется материнской платой.
По крайней мере два из бизнес-ПК Dell, представленных в 2013 году, OptiPlex 9020 и Precision T1700, поставляются с блоками питания только на 12 В и реализуют преобразование 5 В и 3,3 В исключительно на материнской плате. Впоследствии Lenovo ThinkCentre M93P перешел на блок питания только на 12 В и реализует преобразование 5 В и 3,3 В исключительно на материнской плате IS8XM.
В 2019 году Intel выпустила новый стандарт, основанный на полностью 12-вольтовой конструкции: ATX12VO. Блок питания обеспечивает выходное напряжение только 12 В; [13] 5 В, 3,3 В, необходимые для USB , жесткого диска и других устройств, преобразуются на материнской плате ; а разъем материнской платы ATX уменьшен с 24-контактного до 10-контактного. Названный ATX12VO, он, как ожидается, не заменит текущие стандарты, а будет существовать наряду с ними. [14] На выставке CES 2020 компания FSP Group показала первый прототип, основанный на новом стандарте ATX12VO.
Согласно официально опубликованному Intel в мае 2020 года руководству по проектированию одноканального источника питания ATX12VO, в руководстве перечислены детали конструкции только с напряжением 12 В и основные преимущества, включающие более высокую эффективность и меньшее количество прерываний электропитания. [15]
Общая потребляемая мощность блока питания ограничена тем фактом, что все шины питания проходят через один трансформатор и любую из его первичных цепей, таких как коммутационные компоненты. Общая потребляемая мощность для персонального компьютера может варьироваться от 250 Вт до более чем 1000 Вт для высокопроизводительного компьютера с несколькими графическими картами. Персональным компьютерам без особенно высокопроизводительных процессоров или графических карт обычно требуется от 300 до 500 Вт. [11] Блоки питания спроектированы примерно на 40% больше, чем расчетное энергопотребление системы . Это защищает от снижения производительности системы и от перегрузки блока питания. Блоки питания маркируют свою общую выходную мощность и маркируют, как она определяется пределами электрического тока для каждого из подаваемых напряжений. Некоторые блоки питания имеют защиту от перегрузки.
Потребляемая мощность системы представляет собой сумму номинальных мощностей всех компонентов компьютерной системы, которые используют блок питания. Некоторые графические карты (особенно несколько карт) и большие группы жестких дисков могут предъявлять очень высокие требования к линиям 12 В блока питания, и для этих нагрузок номинал 12 В блока питания имеет решающее значение. Общий номинал 12 В блока питания должен быть выше, чем ток, требуемый такими устройствами, чтобы блок питания мог полностью обслуживать систему, когда принимаются во внимание другие компоненты его системы 12 В. Производители этих компонентов компьютерной системы, особенно графических карт, склонны завышать свои требования к мощности, чтобы свести к минимуму проблемы поддержки из-за слишком низкого напряжения блока питания.
Существуют различные инициативы по повышению эффективности компьютерных источников питания. Climate Savers Computing Initiative способствует энергосбережению и сокращению выбросов парниковых газов путем поощрения разработки и использования более эффективных источников питания. 80 Plus сертифицирует различные уровни эффективности для источников питания и поощряет их использование с помощью финансовых стимулов. Эффективные источники питания также экономят деньги, тратя меньше энергии; в результате они потребляют меньше электроэнергии для питания того же компьютера и выделяют меньше отработанного тепла, что приводит к значительной экономии энергии на центральном кондиционировании воздуха летом. Преимущества использования эффективного источника питания более существенны для компьютеров, которые потребляют много энергии.
Хотя блок питания с большей, чем необходимо, мощностью будет иметь дополнительный запас прочности от перегрузки, такой блок часто менее эффективен и тратит больше электроэнергии при меньших нагрузках, чем блок более подходящего размера. Например, блок питания мощностью 900 Вт с рейтингом эффективности 80 Plus Silver (что означает, что такой блок питания разработан с эффективностью не менее 85% для нагрузок свыше 180 Вт) может быть эффективен только на 73%, когда нагрузка ниже 100 Вт, что является типичной мощностью простоя для настольного компьютера. Таким образом, при нагрузке 100 Вт потери для этого блока питания составят 27 Вт; если бы тот же блок питания был помещен под нагрузку 450 Вт, при которой эффективность блока питания достигает пика 89%, потери составили бы всего 56 Вт, несмотря на подачу в 4,5 раза большей полезной мощности. [16] [17] Для сравнения, блок питания мощностью 500 Вт с рейтингом эффективности 80 Plus Bronze (что означает, что такой блок питания разработан с расчетом на эффективность не менее 82% для нагрузок свыше 100 Вт) может обеспечить эффективность 84% для нагрузки 100 Вт, теряя всего 19 Вт. [18] Другие рейтинги, такие как 80 plus gold, 80 plus platinum и 80 plus titanium, также обеспечивают те же рейтинги соответственно. 80 plus gold обеспечивает эффективность 87% при 100% нагрузке, 80 plus platinum обеспечивает эффективность 90%, а 80 plus titanium обеспечивает наилучшую эффективность при 94%. [1] [19] [20]
Источник питания, сертифицированный производителем, может заявлять выходные характеристики, вдвое превышающие фактические. [21] [22] Чтобы еще больше усложнить эту возможность, когда есть две шины, которые делят мощность посредством понижающей регулировки, также случается, что либо шина 12 В, либо шина 5 В перегружаются при значительном снижении общей номинальной мощности источника питания. Многие источники питания создают свой выход 3,3 В путем понижающей регулировки своей шины 5 В или создают выход 5 В путем понижающей регулировки своих шин 12 В. Две задействованные шины маркируются на источнике питания с объединенным ограничением тока. Например,5 В иШины 3,3 В оцениваются с комбинированным общим пределом тока. Для описания потенциальной проблемы, шина 3,3 В может иметь рейтинг 10 А сама по себе (33 Вт ), а шина 5 В может иметь20 А рейтинг (100 Вт ) по отдельности, но вместе они могут выдавать только 110 Вт. В этом случае загрузка шины 3,3 В до максимума (33 Вт) оставит шину 5 В способной выдавать только 77 Вт.
Тест, проведенный в 2005 году, показал, что компьютерные блоки питания обычно имеют эффективность около 70–80%. [23] Для блока питания с эффективностью 75% для выработки 75 Вт постоянного тока потребуется 100 Вт переменного тока на входе и оставшиеся 25 Вт рассеивать в виде тепла. Более качественные блоки питания могут иметь эффективность более 80%; в результате энергоэффективные блоки питания тратят меньше энергии на тепло и требуют меньшего потока воздуха для охлаждения, что приводит к более тихой работе.
По состоянию на 2012 год некоторые высокопроизводительные потребительские блоки питания могут превышать 90% эффективности при оптимальных уровнях нагрузки, хотя эффективность падает до 87–89% при высоких или низких нагрузках. Блоки питания для серверов Google имеют эффективность более 90%. [24] Блоки питания для серверов HP достигли эффективности 94%. [25] Стандартные блоки питания, продаваемые для серверных рабочих станций, имеют эффективность около 90% по состоянию на 2010 год.
Энергоэффективность блока питания существенно падает при низких нагрузках. Поэтому важно, чтобы мощность блока питания соответствовала потребностям компьютера в электроэнергии. Эффективность обычно достигает пика при нагрузке около 50–75%. Кривая отличается от модели к модели (примеры того, как выглядит эта кривая, можно увидеть в отчетах об испытаниях энергоэффективных моделей, размещенных на сайте 80 Plus Архивировано 28.08.2010 на Wayback Machine ).
Большинство блоков питания настольных персональных компьютеров представляют собой квадратную металлическую коробку и имеют большой жгут проводов, выходящих из одного конца. Напротив жгута проводов находится задняя поверхность блока питания с вентиляционным отверстием и разъемом IEC 60320 C14 для подачи питания переменного тока. Может быть выключатель питания и/или переключатель выбора напряжения. Исторически они устанавливались на верхней части корпуса компьютера и имели два вентилятора: один, внутри корпуса, втягивающий воздух к блоку питания, и другой, вытягивающий воздух из блока питания наружу. Многие блоки питания имеют один большой вентилятор внутри корпуса и монтируются на нижней части корпуса. Вентилятор может быть всегда включен или включаться и изменять свою скорость в зависимости от нагрузки. У некоторых нет вентиляторов, поэтому они охлаждаются пассивно. [28] [29] [30]
На этикетке с одной стороны коробки указана техническая информация о блоке питания, включая сертификаты безопасности и максимальную выходную мощность. Обычные знаки сертификации по безопасности — это UL , GS , TÜV , NEMKO , SEMKO , DEMKO, FIMKO, CCC , CSA , VDE , ГОСТ Р и BSMI. Обычные знаки сертификации по EMI/RFI — это CE , FCC и C-tick. Знак CE требуется для блоков питания, продаваемых в Европе и Индии. Иногда можно увидеть также RoHS или 80 Plus .
Габариты блока питания ATX составляют ширину 150 мм, высоту 86 мм и глубину, как правило, 140 мм, хотя глубина может варьироваться в зависимости от марки.
Некоторые блоки питания поставляются с кабелями в оплетке, что не только более эстетично, но и упрощает подключение и оказывает меньшее отрицательное воздействие на воздушный поток.
Обычно блоки питания имеют следующие разъемы (все — Molex (USA) Inc Mini-Fit Jr, если не указано иное):
Модульный блок питания обеспечивает съемную кабельную систему, предлагая возможность удаления неиспользуемых соединений за счет небольшого количества дополнительного электрического сопротивления, вносимого дополнительным разъемом. [32] Это уменьшает беспорядок, устраняет риск того, что свисающие кабели будут мешать другим компонентам, и может улучшить воздушный поток корпуса. Многие полумодульные блоки питания имеют некоторые постоянные многожильные кабели с разъемами на концах, такие как материнская плата ATX и 8-контактный EPS, хотя более новые блоки питания, продаваемые как «полностью модульные», позволяют даже их отсоединять. Назначение контактов съемных кабелей стандартизировано только на выходном конце, а не на конце, который должен быть подключен к блоку питания. Таким образом, кабели модульного блока питания должны использоваться только с этой конкретной моделью модульного блока питания. Использование с другим модульным блоком питания, даже если кабель на первый взгляд кажется совместимым, может привести к неправильному назначению контактов и, таким образом, может привести к повреждению подключенных компонентов путем подачи 12 В на контакт 5 В или 3,3 В. [33]
Конфигурация Small Form Factor с разъемом 12 В (SFX12V) оптимизирована для компоновок систем Small Form Factor (SFF), таких как microATX . Низкий профиль блока питания легко вписывается в эти системы.
Тонкий форм-фактор с конфигурацией разъема 12 В (TFX12V) был оптимизирован для небольших и низкопрофильных системных схем Mini ITX и Mini DTX . Длинный узкий профиль блока питания легко помещается в низкопрофильные системы. Размещение вентилятора охлаждения может использоваться для эффективного отвода воздуха из процессора и области ядра материнской платы, что делает возможными более компактные и эффективные системы с использованием обычных промышленных компонентов. [34]
Большинство портативных компьютеров имеют блоки питания мощностью от 25 до 200 Вт. В портативных компьютерах (например, ноутбуках ) обычно имеется внешний блок питания (иногда называемый «блоком питания» из-за его сходства по размеру, форме и весу с настоящим кирпичом ) , который преобразует переменный ток в постоянное напряжение (чаще всего 19 В), а дальнейшее преобразование постоянного тока в постоянный происходит внутри ноутбука для подачи различных постоянных напряжений, необходимых другим компонентам портативного компьютера.
Внешний источник питания может отправлять данные о себе (мощность, ток и напряжение) на компьютер. Например, настоящий источник питания Dell использует протокол 1-Wire для отправки данных по третьему проводу на ноутбук . Затем ноутбук отказывается от несоответствующего адаптера. [35]
Некоторые компьютеры используют источник питания с одним напряжением 12 В. Все остальные напряжения генерируются модулями регуляторов напряжения на материнской плате. [24]
Серверы , монтируемые в стойку, могут использовать резервный источник питания на основе стандарта CRPS.
![Блок питания PS3, короче ATX, всего 300 Вт максимум (не путать с PlayStation 3)[36]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/16/PS3_PC-PSU_IMG_2431.JPG/1280px-PS3_PC-PSU_IMG_2431.JPG)
Срок службы обычно указывается в виде среднего времени между отказами (MTBF), где более высокие показатели MTBF указывают на более длительный срок службы устройства и лучшую надежность. Использование более качественных электрических компонентов при меньших, чем их максимальные показатели, или обеспечение лучшего охлаждения может способствовать более высокому показателю MTBF, поскольку более низкое напряжение и более низкие рабочие температуры снижают частоту отказов компонентов. [37]
Расчетное значение MTBF в 100 000 часов (примерно 140 месяцев) при 25 °C и полной нагрузке является довольно распространенным. [38] Такой рейтинг предполагает, что при описанных условиях 77% блоков питания будут работать без сбоев в течение трех лет (36 месяцев); эквивалентно, 23% блоков, как ожидается, выйдут из строя в течение трех лет эксплуатации. Для того же примера, только 37% блоков (менее половины) как ожидается, проработают 100 000 часов без сбоев. [a] Формула для расчета прогнозируемой надежности , R(t) , имеет вид
где t — время работы в тех же единицах времени, что и спецификация MTBF, e — математическая константа , приблизительно равная 2,71828, а t MTBF — значение MTBF, указанное производителем. [39] [40]
Источники питания для серверов, промышленного оборудования управления или других мест, где важна надежность, могут быть с возможностью горячей замены и могут включать резервирование N +1 и источник бесперебойного питания ; если для удовлетворения требований нагрузки требуется N источников питания, устанавливается один дополнительный для обеспечения резервирования и возможности замены неисправного источника питания без простоев. [41]
«Тестер блока питания» — это инструмент, используемый для проверки функциональности блока питания компьютера. Тестеры могут подтвердить наличие правильных напряжений на каждом разъеме блока питания. Для получения наиболее точных показаний рекомендуется проводить тестирование под нагрузкой. [44]
![Испытания на пульсацию проводятся с использованием внешней нагрузки и контрольного оборудования[45].](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/36/PC_PSU_Noise_Test_Setup.svg/1280px-PC_PSU_Noise_Test_Setup.svg.png)
Напряжение блока питания можно контролировать с помощью системного монитора большинства современных материнских плат. [46] Это часто можно сделать через раздел в BIOS или, после запуска операционной системы , через программное обеспечение системного монитора , например lm_sensors в Linux , envstat в NetBSD , sysctl hw.sensors в OpenBSD и DragonFly BSD или SpeedFan в Windows.
Большинство вентиляторов блоков питания не подключены к датчику скорости на материнской плате и поэтому не могут контролироваться, но некоторые высокопроизводительные блоки питания могут обеспечивать цифровое управление и мониторинг, для чего требуется подключение к датчику скорости вентилятора или USB-порту на материнской плате.
Наш обычный блок питания на 500 Вт умер, когда мы попытались вытянуть из него 275 Вт, поэтому максимальное количество мощности, которое мы могли извлечь, составило 250 Вт — половина от указанного на этикетке!
На передней стороне коробки написано «Triple Rails for +12V», а затем следует «Intel ATX 12V Version 2.0 & EPS 12V Version 2.1». В результате нашего расследования выяснилось, что вышеуказанные блоки питания не соответствуют стандартам ATX12V или EPS12V, как указано на упаковке.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )Рынок блоков питания для ПК официально стал настолько плохим, что безымянные универсальные блоки питания "500 Вт" на самом деле едва ли смогут обеспечить мощность в 250 Вт. Реалистичная постоянная мощность для этих блоков скорее составляет 200 Вт. Таким образом, коэффициент инфляции емкости достиг 2,5 и продолжает расти.
