Site Loader

Очередной БП 12В 2А как это сделано? и сожжено…

После неудачной покупки БП 12V 2A
mysku.ru/blog/aliexpress/27432.html
была предпринята очередная попытка найти у Китайцев приемлемый вариант питания 12V 2A. Мыши плакали, кололись…
Что из этого получилось — смотрите ниже.

Блок питания был в коробочке



Выходное напряжение на холостом ходу — 12,40В, под нагрузкой 2А — 11,87В

Без разборки естественно не обошлось.
Крышка крепится на защёлках и довольно просто снимается.



Монтаж вполне нормальный.
Придирки:
— Хилые сетевые провода к плате.

— Малая ёмкость входного накопительного конденсатора — под хорошей нагрузкой повышенные пульсации напряжения довольно быстро его раздуют
— Отсутствует радиатор на ключевом полевике — перегрев ему не очень полезен
— Выходной выпрямительный диод Шоттки имеет повышенное падение напряжения, вызывающее повышенный его нагрев. Таких диодов надо ставить два в параллель, либо использовать обычный кремний на радиаторе
— Выходного фильтра считай что нет
— Один выходной конденсатор на 16В (второй на 25В)

Реальная схема блока питания.

На токе 2А явно перегревается выходной диод Шоттки и подогревает конденсатор рядом с ним. Полевик без радиатора также довольно горячий.
Измерить температуры и пульсации не успел — через пол-часа под нагрузкой 2А блок со щелчком сгорел 🙁 Выгорело почти всё, что возможно…


Первопричиной явился перегретый диод Шоттки (грелся свыше 100гр) — его просто закоротило и это привело к выходу из строя полевика, а затем и всего остального. Восстанавливать не имеет смысла.
Спор пока открывать не стал ибо спалил блок уже после вскрытия, на фотах он ещё живой и здоровый.

Для сравнения, покажу честный БП 12V 2A, купленный в оффлайне, который уже много лет нормально и без проблем работает на своей заявленной мощности. Не реклама!



Блок тоже не идеальный, однако 2А держит нормально.

Вывод: блок питания не имеет защиты от перегрузки и перегрева, лучше обходить его стороной или хотя-бы не нагружать свыше 1-1,2А.
Все мои неоднократные попытки найти у китайцев безымянный недорогой и качественный БП с треском провалились. Пожалуй, экспериментировать больше нет смысла.

Напряжение с блока питания компьютера, как взять 12 вольт.

В современном мире существует множество различных устройств, требующих подключения к электросети. Для некоторых из них требуется определенный блок питания. Напряжение и сила тока играют важную роль в функционировании любого электроприбора. В сегодняшней статье я хочу рассказать о том, как взять напряжение с блока питания компьютера и каким образом можно получить 12 Вольт.



Содержание статьи


Какое напряжение с блока питания компьютера можно получить

Вы, наверное, сами прекрасно понимаете, что системный блок ПК – это комплекс устройств позволяющих системе работать. Каждое из них требует подключения к электрической сети. Но вот для определенного оборудования оно может быть разным. Допустим, большинство вентиляторов работают от 5 Вольт при силе тока в 0.1 Ампер. Для других устройств требуются другие значения. Именно для обеспечения работы всех комплектующих имеется блок питания компьютера. Он преобразует напряжение и обеспечивает каждое изделие необходимым током. Если мы рассмотрим БП компьютера, то увидим, что в нем имеется огромное количество проводов и портов для подключения. Они имеют свои цвета, и это не просто так. На боковой или задней стенке корпуса блока питания имеется табличка, на которой указана вся необходимая информация.

Разбираемся с маркировкой

Взгляните на картинку. Там указано, что оранжевый провод (orange) имеет исходящее напряжение в +3.3V, желтый (yellow) — +12V, красный (red) — +5V и так далее. Кроме этого, есть пометка о силе тока. Черный провод в большинстве случаев является общим (минусом или «земля»). Исходя из полученной информации, можно понять, что получить нужное напряжение с блока питания, даже работающего, совсем не сложно.

О виртуальных линиях. | Персональный блог | Дайджест новостей

Расскажу о виртуальных линиях 12В в БП. Очень часто приходится сталкиваться с непониманием зачем оно, как реализовано и с различными суевериями, связанными с данной технологией. Итак, начну мою историю.

Началось все в самом начале XXI века…. AMD сражался с Intel, новые процессоры выходили каждое утро, частоты росли как молодой бамбук в джунглях, а с ними росло и энергопотребление. Было принято решение избавиться от гигантских токов, как итог:

— Питание процессоров перевели на 12В линию. (Напомню, что раньше процессоры питались от 5В линии, а при равной мощности нагрузки, ток при напряжении 12В будет гораздо меньше.)

— Видеокарты не отставали и обзавелись дополнительными коннекторами питания (им 75Вт, которые могла отдать материнская плата по внутреннему интерфейсу) стало уже не хватать (75Вт это при PCI-E интерфейсе, в AGP было 42Вт и на видеокарты AGP частенько ставился обычный 4-х контактный молекс, через который можно дополнительно передать 72Вт ).

— Нагрузка на 12В линию выросла и тут кто-то умный вспомнил про стандарт безопасности EN-60950, согласно которому мощность на доступных пользователю разъемах не должна превышать 240ВА (ВА-вольт-ампер — единица измерения электрической мощности), что соответствует 20А для 12V линии. А у многих новых БП токи по 12 В линии могли сильно превышать 20А.

В общем, внедрение данного стандарта для меня лично очень спорное решение. Смысл его в том, чтобы защитить блок от перегрева. Часто приводят сравнение с квартирным автоматом — если подключить к розеткам слишком большую нагрузку, для защиты квартиры от пожара при возгорании проводки, автомат отключит электроэнергию. Сравнение очень общее и несколько неудачное, но к некоторому пониманию процесса приводит.

То есть теоретически, если подключить к проводам блока какую-то нагрузку (неисправную нагрузку!) которая сможет через один разъем прокачать больше 20А — изоляция на проводах может оплавиться, что может привести к возгоранию. Я с трудом представляю себе такую ситуацию, но на вопрос ,- «Может такое быть?», отвечу осторожно, — «Все может быть». Но лучше бы, в свете недавних событий, в БП встроили защиту от попадания метеоритов. Ответственно заявляю что попадание метеорита в БП с очень высокой вероятностью выведет его из строя вместе с половиной населенного пункта, где БП был территориально расположен)

Решили проблему соответствия стандарту самым простым способом — на выходе блока создали «виртуальные линии», то есть источник 12В остался один, но на выходе его разделили на несколько виртуальных линий.

Сделано это во всех блоках самым простым способом — с помощью шунтов (резисторы такие с очень маленьким сопротивлением).

Тут я сознательно не упоминаю про наличие блоков с реально раздельными линиями 12 В — таких очень мало, можно буквально по пальцам перечислить и приобрести их достаточно трудно, да и незачем)

Вот картинка из даташита на достаточно распространенную микросхему защиты PS224.

Лишнее я с картинки убрал, чтобы в глазах не рябило 🙂

________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________

Как видим, линия одна , потом разделяется на две и в каждой стоит шунт, ток через который мониторит микросхема и при превышении определенного значения срабатывает защита и блок выключается. А вот так они выглядят в реальности. Блок Chieftec APS-550S.

________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________

Кстати блок имеет две линии 12В по 25 А каждая, а реально защита там выставлена на гораздо большее значение, почему так — расскажу ниже.

Теперь немного об еще одном распространенном заблуждении.

Представьте, что мы с вами электронщики, нам надо спроектировать БП с током до 30А по 12В линии и чтобы он удовлетворял вышеупомянутому стандарту. С помощью двухканальной микросхемы мониторинга организуем на выходе 2 виртуальных канала 12В и к ним уже подключим провода. То есть все как на схеме выше. Ток на каналах ограничим 18 А, стандарт требует не больше 20, но часто делают именно 18 — с запасом. Что у нас получилось? Блок имеет две линии 12В 12V1-18A и 12V2-18А , общая нагрузочная способность 12В линии — 30А. Вы наверно уже поняли к чему я? 18+18=36, а у нас то блок только на 30А рассчитан.

Нельзя считать общую мощность по 12В простым складыванием мощности всех виртуальных линий блока.

Честные производители пишут эту всю эту информацию на этикетке БП. Если нет информации — стоит задуматься о покупке данного БП — значит производителю есть что скрывать. Примеры этого я приводил тут.

А дальше все пошло совсем весело — плодились виртуальные линии, росла мощность блоков и комплектующих. В один прекрасный момент блоки вдруг стали выключаться при нагрузке далекой от максимальной. Причиной послужила перегрузка одного канала. То есть подключение на один канал нескольких мощных потребителей вызывает срабатывание защиты блока и блок выключается, хотя нагрузка для него далека от предельной и другие линии 12В недогружены. Отчасти здесь вина производителей блоков — неграмотное распределение шлейфов по каналам, отчасти ошибки пользователей, которые подключают комплектующие к шлейфам, не заморачиваясь всякими виртуальными линиями. И тут началось — нагрузку на каналы стали увеличивать, то есть блоки стандарту EN-60950 уже не соответствуют, но виртуальные линии в них есть — пользователи то уже привыкли, что они должны быть, да и маркетологи подхватили идею — 3 канала 12В обеспечивают потрясающую стабильность (

понятно что никакой стабильности наличие или отсутствие виртуальных линий блоку не прибавит). Да частенько и на блоках, на этикетке которых написано ограничение по виртуальным линиям 20А, защита срабатывает при 35А) А некоторые производители вообще отказались от использования виртуальных линий, например Corsair, Chieftec, да и Seasonic тоже в последних блоках.

Итак, покупать блок с разделением 12В на виртуальные каналы или нет — решать вам.

Мое мнение: на этот параметр при выборе блока вообще не стоит обращать внимание. Единственно, если собираете очень мощную систему с несколькими видеокартами. В этом случае лучше смотреть в сторону блоков, сертифицированных для SLI — хоть какая-то гарантия что шлейфы будут грамотно подключены и нагрузка правильно распределена по виртуальным линиям, или блоков без виртуальных линий.

Стабильных вам напряжений, господа!

БП 12В 2А как это сделано?

Понадобился в хозяйстве простенький адаптер питания для местной светодиодной подсветки.
Какие проблемы? Заказал, подождал, забрал.
Ничто не предвещало детективного обзора…

Дошла посылка довольно быстро, недели за три.

Упакована коробка хорошо, внутри лежали белые коробки с блоками без опознавательных знаков (заказывал 2шт).


Выглядит блок питания стандартно, модель LY24-C052000-A1, вилка наша родная EU, 1м тонкий кабель, корпус без винтов и разбирается очень легко (на защёлках).



Измеренная зависимость ток — напряжение:
0A — 12,65V; 0,6А — 12,45V; 0,8А — 12,40V; 1А — 10,3V; при ещё большей нагрузке нагрузке напряжение быстро уменьшается и далее срабатывает защита.

Выходит, реальная мощность блока питания — около 10Вт… ???
Этот факт заставил тут-же разобрать его, где и поджидали китайские сюрпризы.

Сопротивление выходного кабеля — 0,316 Ом (измерял E7-22).
Плата выглядит довольно прилично, в наличии: гетинаксовая односторонняя печатная плата, защитный предохранитель 8А/250V, ограничитель кратковременных выбросов напряжения (варистор 470V), ограничитель пускового тока (термистор 10 Ом), индуктивный фильтр помех, две накопительные ёмкости — один до фильтра (10uF/400V), другой после (33uF/400V), ШИМ контроллер со встроенным силовиком Th303H (12Вт), обратная связь через оптрон 817B, выпрямитель на сборке Шоттки, выходной фильтр, выходные сглаживающие конденсаторы — два до фильтра 680uF/16V и один после (470uF/10V). СТОП!!! Какие такие 10V? Откуда тут конденсатор на 10V? При выходном напряжении 12,65V необходимо ставить ёмкости минимум на 16V, а лучше на 25V. Разбираю второй блок питания — всё то-же самое…












Начинаю разбираться что к чему и в итоге, оказалось, что этот БП собран из другого БП 5V 2A методом разгона по напряжению. Видимо завалявшиеся блоки питания на 5V перестали пользоваться спросом и предприимчивый китаец решил их переделать и продать как популярный 12V 2A.
Теперь как это делается: берётся нормальный рабочий БП на 5V, вытаскивается плата преобразователя — при этом сама плата и некоторые элементы получают механические повреждения (сколот термистор, поломана печатная плата, оторван конденсатор 33uF/400V от герметика). Далее откусываются нормальные толстые провода, выкусывается защитный стабилитрон по питанию, меняется парочка резисторов в цепи обратной связи регулировки напряжения и помещается в другой корпус. Плата валялась где-то в опилках — на скотче импульсника их полно приклеилось.
Итого имеем повышенное напряжение с того-же преобразователя. А то, что некоторые элементы не рассчитаны на такую работу — видимо уже никого не волнует.
И теперь выходной конденсатор 470uF/10V работает под напряжением 12,65V. Сколько он проработает? — в лучшем случае до первого хорошего прогрева внутренностей.
Не лучше и встроенному силовику — теперь на нём амплитуда напряжения значительно выше нормы, т.к. трансформатор остался пятивольтовый, а преобразователь-то обратноходовый.
До кучи, на выходе преобразователя стоит SMD резистор 100 Ом, который во время работы постоянно греется на 1,6 Вт и заметно подогревает тесный блок (на фото обведён красным). Без него блок без нагрузки работает нестабильно — напряжение прыгает.
Для проверки отпаял дополнительно напаянный сверху резистор обратной связи (подписан R18) — получил те самые исходные 5V на выходе.

Вывод: данный блок питания брать категорически не рекомендуется!
Купленные БП переделаю подо-что нибудь, а продавцу подарю заслуженную награду.
Продолжение следует…

БП 12В 5А как это сделано?

Продолжая тему блоков питания (БП), начатую тут:
mysku.ru/blog/aliexpress/27432.html
Адаптер приобретён для питания кухонной подсветки столешницы на 12V.
mysku.ru/blog/aliexpress/27544.html
Именно такой блок питания тут ещё не обозревался.
На этот раз детектива не будет, но неприятные сюрпризы и тут имеются…
Блок был заказан у другого продавца, где сейчас их нет в наличии, поэтому ссылку привёл на аналогичный товар.

Сам БП был упакован в белую коробочку без опознавательных знаков и вместе с сетевым кабелем запихан в пакетик, фото упаковки не делал.




Выходной кабель 1,1м с фильтром на конце и стандартным штекером подключения 5,5×2,1мм



На корпусе имеется неяркий зелёный индикатор наличия выходного напряжения.
Напряжение холостого хода завышено до 12,7V видимо для компенсации падения напряжения под нагрузкой.
Потребляемая мощность на холостом ходу 0,5Вт
Корпус не разборный (склеен), но для соблюдения традиций, был аккуратно вскрыт, требуха тщательно рассмотрена.

Печатная плата — односторонний гетинакс, флюс местами не отмыт, монтаж на 3+, компоненты не закреплены герметиком, радиаторы держатся слабо. Ронять такой блок нежелательно.




Вид со снятыми радиаторами



Выходной кабель имеет сопротивление 0,13 Ом, что на максимальном токе 5А даёт падение напряжения 0,65В
Заявленный ток 5А блок может выдать только кратковременно.
Измеренная зависимость: Ток — Напряжение — Температуры обоих радиаторов (полевика / диодов) при Токр = 20ºC
0А — 12,70V — 24ºC/24ºC
1,2A — 12,52V — 41ºC/44ºC
2,5А — 12,30V — 62ºC/69ºC
3,0A — 12,22V — 77ºC/86ºC
3,5А — 12,13V — 88ºC/93ºC — Предел долговременной работы.
4,0А — 12,05V — 102ºC/109ºC — Явный перегрев, БП начинает попахивать палёным, защиты по перегреву нет. Длительная и надёжная работа блока при таком токе невозможна.
5,0А — 11,88V — Температуру не измерял, т.к. проверял кратковременно (спалить блок в планы не входило).
6,0А — 11,56V — Предел кратковременного выходного тока.
На ещё большем токе блок сразу вырубается по перегрузке.

Таким образом, этот адаптер можно безопасно длительно нагружать максимум на 3,5А — в очередной раз подтверждается необходимость давать запас не менее 30% на бюджетное пластиковое китайское питание.
Если адаптер будет установлен в нише или в тесном ящичке без продыха, максимальный ток следует ограничить до 3A.
В качестве нагрузки использовал суровые советские проволочные резисторы ПЭВ, ПЭВР, ППБ

Реальная схема блока питания

Собран адаптер по классической схеме обратноходового стабилизированного преобразователя напряжения похоже на базе FAN6862. Защита от короткого замыкания и перегрузки — имеется.
Примечательно, что блок питания не использует заземляющий проводник, который просто не подключен на плате. Ничего плохого в этом нет — большинству БП в пластиковом корпусе защитное заземление и не требуется.
Входной сетевой фильтр установлен. Выходной фильтр реально отсутствует — около штекера стоит обманка.
Силовой полевик и диодная сборка установлены на отдельных алюминиевых радиаторах с использованием теплопроводной пасты. Радиаторы можно было поставить побольше — габариты корпуса позволяют.
Гальваническая развязка выполнена нормально.
Выходные конденсаторы недостаточной ёмкости и не Low ESR, что приводит к повышенным ВЧ пульсациям на выходе (амплитуда 0,4V на токе 4А). Для освещения это не очень критично, но запитывать от него чувствительную электронику не стоит. При необходимости, выходные конденсаторы можно поменять на Low ESR 1500uF/16V — амплитуда пульсаций уменьшится минимум вдвое.
Наводка на включённый в ту-же розетку сетевой радиоприёмник — присутствует на слабых станциях в разумных пределах. Наводка на батарейный радиоприёмник также присутствует на расстоянии менее 20см от БП и выходного кабеля.

Комплектный сетевой кабель стандартный 1,1м, тонкий, очень мягкий и гибкий.
Он таит в себе очень неприятный сюрприз — кабель универсальный и по ошибке может быть использован для питания мощных потребителей (например лазерного принтера). При этом возможно возгорание или поражения током от голой жилы, проплавившей изоляцию.
Надпись на кабеле 0,5мм2 и вилке 10А дополнительно вводят в заблуждение — на таком токе кабель расплавиться за несколько секунд.



Реальное сечение проводов кабеля не более 0,15мм2, причём жилы из какого-то сплава, напоминающего медь. Реальная максимально-допустимая нагрузка этого кабеля не более 1,5А.
Измеренное сопротивление кабеля (по цепи L-N) 2,25 Ом — это слишком большая величина.
Изоляция кабеля очень слабая — рвётся голыми руками, внутренняя изоляция проводников изготовлена из мягкого вспененного материала (китайская экономия).


Штыри вилки и контакты гнезда сделаны из тонкой жести (почти фольга) и мнутся руками.

Однозначный вывод — кабель сразу порезать на кусочки и выбросить в урну.

UPD Совершенно случайно попался в руки точно такой-же нерабочий БП. Проработал 2 года и вспухли выходные ёмкости


После замены емкостей БП заработал 🙂

Итого, имеем типичный бюджетный блок питания для светодиодного освещения с реальным выходным током 3,5А и мощностью 40Вт.
Продолжение следует…

Методика тестирования блоков питания стандарта ATX

Современные блоки питания, в общем, и для компьютера в частности, представляют собой довольно сложные устройства. Основных только электрических характеристик больше десятка, а есть еще шумовые, тепловые, массогабаритные. Все блоки питания стандарта АТХ являются импульсными преобразователями с различными вариациями схемных решений, но с единым принципом работы. Без специального оборудования, в виде управляемых нагрузок, осциллографа и некоторых других устройств невозможно протестировать соответствие стандарту характеристик, указанных на наклейке и в паспорте блока питания. Самый простой вопрос «Хватит ли блока питания ХХХ для работы компьютера УУУ?» на самом деле вовсе не так прост. Для ответа на поставленный вопрос необходимо ознакомиться с разнообразными характеристиками существующих блоков питания и типичным потреблением компьютерного железа.

Все основные характеристики и требования в той или иной степени описаны в документах, известных как ATX12V Power Supply Design Guide Version 2.2, SSI EPS12V Power Supply Design Guide Version 2.91 и аналогичных. Эта документация предназначается производителям блоков питания для обеспечения совместимости их аппаратуры с общепринятым стандартом ATX. Сюда входят геометрические, механические и, конечно же, электрические характеристики устройств. Вся документация доступна в открытом виде в сети Internet (ATX12V PSDG/SSI EPS PSDG). Приведем основные темы, описанные в этой документации. Начать стоит с наиболее важной величины, которая указывается на каждом блоке питания доступном в розничной продаже.

  • Допустимая мощность нагрузки

Каждый блок питания имеет несколько выходных каналов с различным напряжением и рассчитан на определенную долговременную мощность по каждому из них. Современный стандарт предписывает наличие каналов с напряжением +5В, +12В, +3.3В, -12В и дежурное напряжение +5В. Общая мощность обычно обозначена в ваттах на наклейке (по-английски звучит как Total Power). Эта величина представляет собой сумму всех мощностей по каждому из каналов и легко подсчитывается суммированием произведения токов на соответствующие напряжения. К примеру, у нас имеется блок питания с мощностью 500 ватт, с указанными допустимыми токами: +3.3В 30А, +5В 30А, +12В 40А, -12В 0.8А, +5Вд 2.5А. Перемножив и просуммировав, получаем итоговую цифру (250+480+9.6+12.5) = 752.1 Вт. Почему же на наклейке указано 500Вт? Дело в том, что существует взаимная зависимость каналов их совместной максимальной мощности. На наклейке указано, что максимальная мощность по каналам +3.3В и +5В не может превышать 152 Вт в любом случае, а общая суммарная мощность каналов +12В и +3.3 & 5В не должна превысить 480 Вт. То есть, мы можем нагрузить блок на полную мощность по +12В, оставив без нагрузки низковольтные каналы, либо при полной мощности каналов +3.3 и +5В (152 Вт в нашем случае), можем использовать только 328 Вт по +12В. Поэтому при подсчетах нужно быть внимательным и всегда обращать внимание на допустимую комбинацию нагрузки по каждой линии. Обычно это указано на наклейке, в виде общей ячейки с единой величиной мощности для нескольких каналов.

С учетом этого фактора новый пересчет мощности будет выглядеть так: 152+328+9.6+12.5=502.1 Вт, либо 0+480+9.6+12.5=502.1 Вт, либо любая из допустимых вариаций между этими двумя крайними значениями распределения мощностей по каналам. Исходя из этого, возникает вопрос – а как же тестировать блок: на полной нагрузке по низковольтным каналам, либо на максимальной мощности канала +12В? А может на каком-то промежуточном значении? Рассмотрим этот момент в дальнейшем подробнее.

Также не стоит путать параметры максимальной долговременной мощности и пиковой мощности (Total Peak Power), допустимой на небольшой период времени (17 секунд согласно ATX 2.2 и 12 секунд по EPS 2.91). К примеру, блок питания с номинальной мощностью 500Вт может выдать в пике до 530 Вт, но для блока питания постоянно работать с превышением номинальной мощности нежелательно, ведь запас прочности компонентов может оказаться не очень большим, и жарким летом случится неприятный фейерверк.

  • Допустимый уровень отклонения напряжений

Эта характеристика является одним из основных и определяет допустимое отклонение каждого из напряжений. Удобнее и нагляднее будет представить эти величины как две таблицы, взятые из стандарта EPS 2.91:

Таблица 20 отражает максимально допустимый уровень отклонений, а таблица 21 – опциональный, с более жесткими рамками, актуальными для графических станций и серверов. Если отклонение по напряжению будет ниже 5-10% порога, вероятно появление сбоев в работе компьютера, либо спонтанные перезагрузки во время большой нагрузки на процессор или видеокарту. Слишком же высокое напряжение негативно сказывается на тепловом режиме работы преобразователей на материнской плате и платах расширения, а также способно вывести из строя чувствительные схемы винчестеров, либо вызвать их повышенный износ. В более лояльном ATX Power Supply Design Guide дополнительно для каналов с напряжением +12В регламентируется допустимое 10%-ное отклонение при пиковой нагрузке на эти каналы. При этом напряжение канала +12V2 (обычно используемого для питания процессора) не должно снизиться менее +11 В.

  • Уровень пульсаций

Не менее важным является и минимально возможные выбросы (пульсации) напряжения на каждой из линий. Допустимые рамки описаны в стандарте как обязательные и выглядят так:

Источниками пульсаций обычно являются схемы преобразователей внутри самого блока питания, а также мощные потребители с импульсным характером потребления, такие как процессоры, видеокарты. Винчестеры и имеющийся в них блок магнитных головок во время частого перемещения также может создавать всплески помех, однако их величина мощности значительно меньше.

  • Входное напряжение, эффективность и PFC

Блок питания обязан работать во всех допустимых режимах при следующих входных напряжениях:

Наличие напряжений, указанных в таблице ниже, не должно приводить к повреждению схем блока питания. Пропадание сетевого напряжения на любой период времени, в любой момент работы также не должно приводить к неисправности блока. При включении, ток зарядки высоковольтных конденсаторов не должен превышать номинальные значения входных цепей (предохранитель, выпрямительные диоды и схемы ограничения тока).

Существует миф, что более мощный блок питания потребляет больше мощности из розетки, по сравнению с маломощным дешевым собратом. На самом деле, часто в реальности имеет место обратная ситуация. Каждый блок имеет потери энергии при преобразовании сетевого напряжения в низковольтное постоянное, идущее к компонентам компьютера. КПД (эффективность) современного дешевого блока обычно колеблется около величины 65-70%, в то время как более дорогие модели могут обеспечивать эффективность работы до 85%. Например, подключив оба блока к нагрузке 200 Вт (примерно столько потребляет большинство компьютеров), мы получим потери 70 Вт в первом случае и лишь 30 Вт во втором. 40 ватт экономии при ежедневной работе компьютера по 5 часов в сутки и 30-дневном месяце помогут сэкономить 6 кВт на счете за электроэнергию. Конечно, это мизерная цифра для одного ПК, но если взять уже офис на 100 компьютеров, то цифра может оказаться заметной. Также стоит учесть, что эффективность преобразования различна при разной мощности нагрузки. А поскольку пик КПД приходится на 50-70% диапазон нагрузок, практического смысла в приобретении БП с двукратным и более запасом мощности нет.

Эффективность работы должна превышать 70% для полной нагрузки, и 65% для 20%-нагрузки. При этом рекомендуемая эффективность как минимум 75% или лучше. Существует добровольная система сертификации для производителей, известная как Plus 80. Все источники питания, участвующие в этой программе, имеют эффективность преобразования свыше 80%. На текущий момент список участников-производителей в инициативе Plus 80 включает более 60 наименований.

Также нельзя путать КПД блока питания с такой характеристикой как коэффициент мощности (Power Factor). Существует реактивная мощность и активная, и коэффициент мощности отражает отношение реактивной мощности к общей суммарной мощности потребления. Большинство блоков питания без каких-либо схем коррекции обладают 0.6-0.65 фактором мощности. Поэтому импульсные блоки питания в значительной степени создают реактивную мощность, и их потребление выглядит как мощные импульсы во время пиков синусоиды сетевого напряжения. Это создает помехи в электросети, которые могут повлиять на другие устройства, питаемые от той же электросети. Для устранения этой особенности применяются схемы с пассивной коррекцией фактора мощности (Passive PFC) и активной (Active PFC). Активный PFC эффективно справляется с этой задачей, по сути, являясь преобразователем между самим блоком питания и электросетью. Фактор мощности в блоках с использованием APFC легко достигает величины 0.97-0.99, что значит практически полное отсутствие реактивной составляющей в потреблении БП. Пассивная схема коррекции Power Factor представляет собой массивный дроссель, включенный последовательно сетевым проводам блока питания. Однако он значительно менее эффективен и на практике повышает фактор до 0.7-0.75. С точки зрения компьютера и потребителя разницы между блоком с APFC и блоком вообще без коррекции практически нет, использование первых выгодно компаниям электроснабжения.

  • Сигнальные линии PSON и PWOK

PSON (Power Supply ON) – специальная сигнальная линия для включения\выключения блока питания логикой материнской платы. Когда этот сигнал не подключен к земле, блок питания должен оставаться в выключенном состоянии, за исключением канала +5В (дежурное). При логическом нуле (напряжение ниже 1 В) – логика включает блок питания. PWOK (Power OK) – сигнальная линия, по которой блок питания сообщает материнской плате, что все выходные линии находятся в нормальном состоянии и стабилизация осуществляется в заданных стандартом пределах. Время задержки появления сигнала при нормальной работе блока питания с момента подачи логического нуля по PSON – 900 мс.

Блок питания должен иметь схемы защиты, которые отключат основные выходы при нештатных ситуациях. Защита должна блокировать повторный запуск до повторного появления сигнала включения на проводе PSON. Защита от перегрузки по току (Over Current Protection, OCP) обязательна для линий +3.3, +5, +12, -12, +5 (дежурное), минимальный порог срабатывания – 110%, максимальный 150%. При перегрузке блок должен выключится и не включаться до появления сигнала включения, или до полного обесточивания сетевого напряжения. Защита от перенапряжения (Over Voltage Protection, OVP) также обязательна и должна отслеживаться внутри самого источника питания. Напряжение никогда не должно превышать указанные в таблице 29 в любой момент времени.

Защита от перегрева (Over Temperature Protection, OTP) блоков питания не является обязательной функцией, поэтому весьма важно соблюдать условия эксплуатаций источников питания в тесных корпусах, либо в местах с ухудшенной вентиляцией. Максимальная температура воздуха во время работы не должна превышать +50°С. Некоторые производители рассчитывают и указывают мощность блока питания при пониженной температуре +25, или даже +15°С, и попытка нагрузить указанной мощностью подобное изделие в жаркую погоду может привести к неприятному финалу. Это именно тот случай, когда примечание шестым пунктом снизу имеет значение. Если удается найти допустимый температурный диапазон для конкретной модели блока на тестах, мы указываем это явно в таблице с характеристиками.

Защита от короткого замыкания (Short Curcuit Protection, SCP) – является обязательной для всех блоков питания, проверяется кратковременным подключением силовой шины между каналами и землей блока питания.

  • Немного о разделении +12В канала на несколько «виртуальных»

Набившее оскомину разделение каналов вызвано требованием стандарта безопасности EN60950, который предписывает ограничить ток на доступных пользователю контактах на уровне 240 ВА. Так как общая суммарная мощность канала +12В в мощных блоках питания может превышать эту величину, было принято решение ввести разделение на несколько отдельных каналов с индивидуальной защитой по току менее чем 20А. Эти раздельные каналы вовсе не обязаны иметь индивидуальную стабилизацию внутри БП. Поэтому на самом деле, почти все блоки питания имеют один сильноточный канал +12В, вне зависимости от количества виртуальных каналов. Хотя на рынке имеется несколько моделей с действительно раздельными стабилизаторами и несколькими независимыми линиями +12В, однако это лишь исключение из общего правила. Для компьютерных комплектующих виртуальное, как и реальное разделение по каналам никоим образом не сказывается, а те из компонент, которые могут потребовать ток более чем 18-20А, имеют возможность подключения двух разделенных каналов. Так 8-контактный разъем питания процессора на материнских платах имеет по два контакта на каждый из двух каналов, а топовые видеокарты NVIDIA и AMD имеют два 6-контактных (либо комбинацию из 6-контактного и 8-контактного, как у Radeon 2900 XT, Radeon HD 3870 X2, GeForce 9800 GX2) разъема.

Кроме электрических характеристик имеются и физические. Каждый блок, претендующий на соответствие форм-фактору ATX должен иметь ширину 150мм, при высоте 86мм. Глубина блока может варьироваться от 140мм до 230мм и более.

  • Кабельное оснащение блока

Существующие блоки питания оснащаются массой кабелей с разными типами разъемов. Информация об их длинах и количестве позволит еще до покупки определить, подойдет ли конкретная модель под нужный корпус, либо придется докупать переходники и удлинители. Все эти параметры отображаются в виде таблицы для каждого из протестированных блоков. Верхняя часть – несъемные кабели, а ниже, в случае наличия отстегиваемых проводов, с отступом указаны количество и длины всех кабелей с разъемами.

Если на одном проводе имеется несколько разъемов – длины до каждого записываются в ряд. К примеру, общая длина кабеля в примере выше для последнего разъема SATA – 45+15+15 = 75см. Нестандартные разъемы, к примеру, 3-контактный кабель мониторинга оборотов вентилятора, или переходники указываются в нижних строках таблицы. Кроме перечисления кабелей и их видов, определяется толщина проводов, использованных в кабелях, наличие дополнительных проводов для мониторинга и компенсации сопротивления проводов к разъему (так называемые Vsense-провода).

  • Шумность системы охлаждения
Почти все блоки питания оснащаются вентилятором для активного охлаждения компонентов внутри корпуса. Кроме этого, вентилятор также выбрасывает подогретый воздух внутри корпуса компьютера наружу в окружающую среду. Большинство современных источников питания имеют вентилятор типоразмера 120 мм, расположенный на нижней стенке. Все чаще встречаются модели с вентилятором 135 или даже 140 мм, благодаря чему можно добиться снижения уровня шума при сохранении эффективности охлаждения. Однако в старших мощных моделях по-прежнему применяется 80 мм вентилятор в задней торцевой стенке, который выбрасывает воздух из БП наружу. Возможны также вариации с использованием разного расположения вентилятора, либо применением нескольких вентиляторов. Почти все блоки оснащены схемой динамического управления оборотами вентиляторов, в зависимости от температуры внутри БП (чаще всего температуры радиатора с диодами стабилизатора).

Наибольшая доля потребляемой мощности приходится на центральный процессор и видеокарты. В Internet имеется масса различных калькуляторов потребления компьютера. Довольно достоверные результаты выдает eXtreme Power Supply Calculator Pro. Наша тестовая система на базе процессора Intel Xeon 3050, мат.платы Intel DP35DP, четырех модулей памяти DDR2, видеокарты NVIDIA GeForce 6600GT и трех винчестеров Seagate ST3320620AS, согласно расчетам калькулятора, требует блока питания с мощностью 244 Вт. Замеренное реальное потребление системы под нагрузкой достигло величины 205 Вт. Цифры схожие, да и наличие некоторого запаса по мощности не помешает, ведь конфигурация ПК со временем может меняться, например, добавится еще один винчестер, или видеокарта будет заменена на более производительную. Будет неприятно менять и блок питания при каждой такой замене. Современные 4-ядерные процессоры на базе 65-нм ядер Intel и AMD требуют до 100-140Вт мощности (без разгона), а 45-нм Intel Core 2 Extreme QX9650 довольствуется 75-80Вт при полной нагрузке. Куда более прожорливы старшие видеокарты NVIDIA и ATI, а тандем из двух видеокарт GeForce 8800 Ultra либо ATI Radeon HD 3870 X2 может потребовать до 350-450 Вт на одну только графическую подсистему. В таких конфигурациях логично и необходимо использовать соответствующие блоки питания, с мощностью 500-600Вт. Остальные компоненты потребляют немного, один винчестер едва дотягивает до отметки 15-25Вт во время старта и позиционирования головок, модуль памяти в среднем требует 4-10Вт, периферийные платы – 5-25Вт. Системы охлаждения за исключением комплексов с использованием термоэлектрических элементов также потребляют немного: 10-40Вт.

Теперь немного понятно, что для полноценного тестирования блока питания недостаточно просто измерить вольтметром напряжение на выходах. Это лишь может показать отсутствие явных и серьезных проблем в работе блока питания, но не более того. Основная проблема обеспечения качественного питания обычно заключается в неспособности блока питания выдавать нужный ток для каждой компоненты компьютера, либо чрезмерном отклонении напряжений от номинала. Всевозможные вариации тестирования «методом вольтметра» могут лишь показать, что компьютер способен работать на конкретно взятой нагрузке, в конкретный момент времени, но абсолютно не показывает, насколько большую мощность в реальности может выдать блок питания, и не показывает, что случится с блоком питания, если нагрузка превысит допустимую мощность.

Для проведения тестирования и выяснения технических характеристик каждой блок питания подключается к специальному стенду, который позволяет одновременно измерять уровни напряжения и тока на всех выходных каналах в автоматическом режиме. Перед тестированием на стенде все блоки питания разбираются, фотографируются, проверяется качество пайки и монтажа, осматриваются компоненты на платах на предмет дефектов. В случае наличия, оные описываются в статье, со ссылкой на тот факт, что один конкретно взятый блок может оказаться бракованным, как и любое другое сложное электронное оборудование. Также всегда приводится фотография наклейки блока питания, с допустимыми величинами мощности по всем каналам. Если плотность монтажа позволяет, проводится обзор примененной элементной базы и особенности схематических решений. Часто встречается ситуация, когда компании сами не разрабатывают, а только продают блоки питания сторонней разработки OEM-компаний. Это обычно можно определить по коду сертификата UL, он редко скрывается и наносится на наклейке с основными параметрами, и выглядит как “E123456”. Примером использования данного принципа является OCZ, Tagan, ThermalTake и другие. Определить принадлежность кода к названию производителя можно на сайте UL Online Certifications Directory, задав поиск по коду с наклейки в графе UL File Number.

Для коробочных изделий обозревается комплектация и дополнительные аксессуары. На этом же этапе данные о мощности блока и каналов с наклейки блока питания заносятся в программу управления стендом, и подключаются все необходимые разъемы, в соответствии с распределением каналов. Проверяется работа схем защиты от короткого замыкания (каждая линия последовательно подключается на земляную шину), а также защита от перегрузки по каналам. Блок измерения входных параметров сети на данный момент находится в разработке, поэтому замеры КПД, коэффициента мощности и работа БП при различном диапазоне входных напряжений временно не проводятся. После проведения базовой проверки функционирования блока питания проводится снятие графиков кросс-нагрузочной характеристики (КНХ). Обычно для стабилизации напряжений +12В и +5В в блоках питания используется групповая схема включения, которая выравнивает среднеарифметическую величину между этими двумя напряжениями. Такое устройство легко видно при обзоре внутреннего строения блока питания, для группового стабилизатора используется один дроссель большего и один меньшего диаметра для канала +3.3В, который стабилизируется отдельно. Эти дроссели обычно расположены возле места подключения проводов выходных каналов блока питания.

Недостаток такой схемы включения – напряжения +12В и +5В сильно зависят друг от друга. При сильной нагрузке на +12В напряжение на ненагруженном канале +5В начинает завышаться. Равнозначна и обратная ситуация, действует своеобразный принцип «качелей». В современных же компьютерах вся мощная нагрузка приходится именно на +12В, четырехъядерный CPU и несколько видеокарт могут легко создать нагрузку около 30А, при почти нулевой нагрузке по +5 и +3.3В.

Более предпочтителен подход с использованием раздельных дросселей для стабилизации каждого из напряжений независимо. Однако это требует дополнительного места на печатной плате, да и сами дроссели денег стоят, поэтому подобное решение используется только в довольно дорогих блоках питания. Кроме этого, в блоках могут применяться дополнительные цепи для стабилизации напряжений, а эффективность их работы и призвано наглядным образом показать на графике КНХ.

В качестве нагрузки, а также для упрощения и автоматизации тестирования был разработан и изготовлен стенд на базе RISC-микроконтроллера ATMEL AT91SAM7A3. Для нагрузки используется шесть независимых идентичных каналов. Характеристики каждого из них приведены ниже в таблице.

Физически электроника и платы стенда с помощью стоек смонтированы на алюминиевом радиаторе с размерами 750х122х38 мм. Непосредственно сами силовые ключи установлены на стенку радиатора. Для охлаждения радиатора используются мощные вентиляторы Nidec Beta V и Delta DFB1212SHE типоразмера 120х38, а крыльчатка каждого вращается со скоростью свыше 4000 оборотов\минуту.

Возможности стенда довольно широки и включают на данный момент:

  • Включение\отключение БП при помощи управления сигналом PSON
  • Непрерывное слежение за состоянием сигнала PWOK
  • Измерение токов и напряжений по каждому из основных каналов
  • Установка заданной нагрузки по любому из каналов
  • Калибровка стенда для получения точных измерений

Сам стенд имеет индикацию состояния всех линий блока питания, а именно: PWON, PSON, +3.3V, +5V, +12V1, +12V2, +12V3, +12V4, +5standy (дежурное), -12, -5 (для старых БП). Также имеется несколько других контрольных светодиодов. Для подключения тестируемого блока питания к стенду имеется один 24-контактный разъем ATX, четыре 8-контактных разъема питания PCI-Express, один 8-контактный разъем для процессорного кабеля и восемь 4-контактных периферийных разъемов.

Для управления работой стенда, его настройки и контроля используется специальное программное обеспечение, работающее под управлением ОС Windows, которое постоянно обменивается данными с микроконтроллером стенда. Связь осуществляется при помощи интерфейса USB, который имеется на любом современном ПК.

В ручном режиме каждый канал стенда может независимо настраиваться, а контроль напряжений и токов проводится непрерывно, что позволяет быстро выяснить пороги стабильной работы блока. Программа позволяет также генерировать импульсы с различной величиной тока, для проверки устойчивости блока к импульсным нагрузкам (например, одновременный старт нескольких винчестеров, либо работа видеокарт в SLI/CF).

В автоматическом режиме программа строит 6 графиков (для каждого канала отдельный график). По оси Х суммарная величина потребляемой стендом мощности по каналу +12В, а по Y – суммарная мощность от каналов +3.3 и +5В. Может быть задан любой предел по мощности нагрузки, в рамках допустимой мощности стенда. Каждая точка графика на пересечении осей обозначает величину напряжения по каналу при суммарной нагрузке на каналы +3.3, +5 и +12В. То есть, на графике напряжения +3.3В все поле графика – это величина напряжения при всех возможных комбинациях нагрузок. Зная заявленные в стандарте и описанные нами ранее в статье допустимые отклонения по каждому напряжению – мы можем достоверно утверждать, на сколько процентов блок питания снизил, либо превысил напряжение относительно идеальных 3.300В, 5.000В и 12.000В. Но приводить в статье этот огромный массив цифр не имеет практического смысла, и все величины отклонений удобнее отобразить на графике цветовыми маркерами. Легенда с отклонениями прилагается на каждом графике и позволяет легко определять, где вложился блок питания в требования стандарта, а где нет. Пониженное напряжение отображается оттенками синего, повышенное относительно номинала – красными. Уровни за пределами стандарта (+\-5%) отображены темно-синим и темно-красными цветами. Шаг между каждой из точек составляет 0.2-0.5 А в зависимости от заданных условий тестирования. Типичный блок питания с мощностью 500Вт в автоматическом режиме тестируется около часа, при этом производится около 10000 измерений, и такое же количество ступеней управления нагрузкой. Провести вручную аналогичный тест заняло бы массу времени. Для блоков с типичной мощностью КНХ может сниматься в соответствии с нагрузочными моделями, описанными для типичных нагрузок в стандартах ATX PSDG 2.2 и EPS PSDG 2.91.

После проведения замеров, графики компонуются в один анимированный GIF-файл и публикуются в статье. Итоговый вид приблизительно таков:

Грубо говоря – чем больше зеленого цвета на графике – тем меньше отклонение напряжений от идеала. Напомним, что основное потребление современных ПК приходится на +12В канал, поэтому важно минимально возможное отклонение именно в горизонтальной плоскости графика.

Кроме КНХ замеряются уровни пульсаций на каждом из основных каналов. Для этого используется 4-канальный осциллограф Tektronix 2246-1Y, с максимальной частотой 100 МГц, чего с большим запасом достаточно для обнаружения и измерения всех возможных пульсаций блока питания. Пульсации замеряются при 100% нагрузке на блок питания, именно в этих условиях их величины максимальны. Чем ниже пульсации – тем меньше наводок и помех создает блок питания в питаемых им устройствах. Это особенно важно для чувствительных звуковых карт, тюнеров и подобных устройств. В дальнейшем замер пульсаций также будет автоматизирован.

На текущий момент использованная методика и стенд позволяют с хорошей точностью определить основные нагрузочные возможности, уровень пульсаций и соответствие допускам стандарта по всем основным питающим каналам блока питания. Однако всегда есть возможность внести улучшения, поэтому в скором времени планируется реализация блока для автоматического замера эффективности преобразования (КПД) блока питания, замеры фактора мощности, оптические датчики для замеров скорости вращения вентиляторов блока и температурные измерения в условиях, приближенных к реальным средам использования. Данная статья будет периодически обновляться, с учетом вносимых изменений. Также все пожелания и дополнения читателей будут внимательно рассмотрены и приняты во внимание.

Версия 1.01b от 2.02.2008. Начальная версия.

Использованные материалы и ссылки:

Выражаю благодарности за помощь в создании стенда

J-34, izerg, MAXakaWIZARD, cyclone.

БП 12В 2А как это сделано?

Понадобился в хозяйстве простенький адаптер питания для местной светодиодной подсветки.
Какие проблемы? Заказал, подождал, забрал.
Ничто не предвещало детективного обзора…

Дошла посылка довольно быстро, недели за три.

Упакована коробка хорошо, внутри лежали белые коробки с блоками без опознавательных знаков (заказывал 2шт).


Выглядит блок питания стандартно, модель LY24-C052000-A1, вилка наша родная EU, 1м тонкий кабель, корпус без винтов и разбирается очень легко (на защёлках).



Измеренная зависимость ток — напряжение:
0A — 12,65V; 0,6А — 12,45V; 0,8А — 12,40V; 1А — 10,3V; при ещё большей нагрузке нагрузке напряжение быстро уменьшается и далее срабатывает защита.

Выходит, реальная мощность блока питания — около 10Вт… ???
Этот факт заставил тут-же разобрать его, где и поджидали китайские сюрпризы.

Сопротивление выходного кабеля — 0,316 Ом (измерял E7-22).
Плата выглядит довольно прилично, в наличии: гетинаксовая односторонняя печатная плата, защитный предохранитель 8А/250V, ограничитель кратковременных выбросов напряжения (варистор 470V), ограничитель пускового тока (термистор 10 Ом), индуктивный фильтр помех, две накопительные ёмкости — один до фильтра (10uF/400V), другой после (33uF/400V), ШИМ контроллер со встроенным силовиком Th303H (12Вт), обратная связь через оптрон 817B, выпрямитель на сборке Шоттки, выходной фильтр, выходные сглаживающие конденсаторы — два до фильтра 680uF/16V и один после (470uF/10V). СТОП!!! Какие такие 10V? Откуда тут конденсатор на 10V? При выходном напряжении 12,65V необходимо ставить ём

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *