А вы знаете — как устроен блок питания компьютера?

Добрый день, друзья!

А вы хотели бы узнать, как устроен блок питания компьютера? Сейчас мы попытаемся разобраться в этом вопросе.

Для начала отметим, что компьютеру, как и любому электронному устройству, необходим источник электрической энергии. Вспомним, что бывают

Первичные и вторичные источники электропитания

Первичные — это, в частности, химические источники тока (элементы питания и аккумуляторы) и генераторы электрической энергии, находящиеся на электростанциях.

В компьютерах могут применяться:

• литиевые элементы напряжением 3 В для питания КМОП микросхемы, в которой хранятся установки BIOS,
• литий-ионные аккумуляторы (в ноутбуках).

Литиевые элементы 2032 питают микросхему структуру CMOS, хранящую настройки BIOS Setup компьютера.

Потребление тока при этом невелико (порядка единиц микроампер), поэтому энергии батареи хватает на несколько лет.

После исчерпания энергии такие источник энергии восстановлению не подлежат.

В отличие от элементов литий-ионные аккумуляторы являются возобновляемыми источниками. Они периодически то запасают энергию, то отдают ее. Сразу отметим, что любые аккумуляторы имеют ограниченное количество циклов заряд-разряд.

Но большая часть стационарных компьютеров питается не от аккумуляторов, а от сети переменного напряжения.

В настоящее время в каждом доме имеются розетки с переменным напряжением 220 В (в некоторых странах 110 — 115 В) частотой 50 Герц (в некоторых странах – 60 Герц), которые можно считать первичными источниками.

Но основные компоненты компьютера не могут непосредственно использовать такое напряжение.

Его необходимо преобразовать. Выполняет эту работу источник вторичного электропитания (народное название — «

блок питания») компьютера. В настоящее время почти все блоки питания (БП) — импульсные. Рассмотрим более подробно, как устроен импульсный блок питания.

Входной фильтр, высоковольтный выпрямитель и емкостный фильтр

На входе импульсного БП имеется входной фильтр. Он не пропускает помехи, которые всегда есть в электрической сети, в блок питания.

Помехи могут возникать при коммутации мощных потребителей энергии, сварке и т.п.

В то же время он задерживает помехи и самого блока, не пропуская их в сеть.

Если быть более точным, помехи в БП и из него проходят, но достаточно сильно

ослабляются.

Входной фильтр представляет собой фильтр нижних частот (ФНЧ).

Он пропускает низкие частоты (в том числе сетевое напряжение, частота которого равна 50 Гц) и ослабляет высокие.

Отфильтрованное напряжение поступает на высоковольтный выпрямитель (ВВ). Как правило, ВВ выполнен по мостовой схеме из четырех полупроводниковых диодов.

Диоды могут быть как отдельными, так и смонтированными в одном корпусе. Существует и другое название такого выпрямителя — «

диодный мост».

Выпрямитель превращает переменное напряжение в пульсирующее, т. е. одной полярности.

Грубо говоря, диодный мост «заворачивает» отрицательную полуволну, превращая ее в положительную.

Пульсирующее напряжение представляет собой ряд полуволн положительной полярности. На выходе ВВ стоит емкостной фильтр — один или два последовательно включенных электролитических конденсатора.

Конденсатор — это буферный элемент, который может заряжаться, запасая энергию и разряжаться, отдавая ее.

Когда напряжение на выходе выпрямителя ниже некоей величины («провал»), конденсатор разряжается, поддерживая его на нагрузке.

Если же оно выше, конденсатор заряжается, обрезая пики напряжения.

В курсе высшей математике доказывается, что пульсирующее напряжение представляет собой сумму постоянной составляющей и гармоник, частоты которых кратны основной частоте сети.

Таким образом, емкостный фильтр можно рассматривать здесь как фильтр нижних частот, выделяющий постоянную составляющую и ослабляющий гармоники. В том числе и основную гармонику сети — 50 Гц.

Источник дежурного напряжения

В компьютерном блоке питания имеется так называемый источник дежурного напряжения (+5 VSB).

Если вилка кабеля вставлена в питающую сеть, это напряжение присутствует на соответствующем контакте разъема блока питания. Мощность этого источника небольшая, он способен отдавать ток 1 — 2 А.

Именно этот маломощный источник и запускает гораздо более мощный инвертор. Если разъем блока питания вставлен в материнскую плату, то часть ее компонентов находится под напряжением + 5 VSB.

Сигнал на запуск инвертора подается с материнской платы. Причем для включения можно использовать

маломощную кнопку.

В более старых моделях компьютеров устанавливались БП старого стандарта АТ. Они имели громоздкие выключатели с мощными контактами, что удорожало конструкцию. Использование нового стандарта АТХ позволяет «будить» компьютер одним движением или кликом «мышки». Или нажатием клавиши на клавиатуре. Это, конечно, удобно.

Но при этом надо помнить, что конденсаторы в источнике дежурного напряжения всегда находятся под напряжением. Электролит в них подсыхает, срок службы уменьшается.

Большинство пользователей традиционно включает компьютер кнопкой на корпусе, питая его через фильтр-удлинитель. Таким образом, можно рекомендовать после отключения компьютера исключать подачу напряжения на блок питания выключателем фильтра.

Выбор — удобство или надежность — за вами, уважаемый читатели.

Устройство источника дежурного напряжения

Источник дежурного напряжения (ИДН) содержит в себе маломощный инвертор.

Этот инвертор превращает высокое постоянное напряжение, полученное с высоковольтного фильтра, в переменное. Это напряжение понижается до необходимой величины маломощным трансформатором.

Инвертор работает на гораздо более высокой частоте, чем частота сети, поэтому размеры его трансформатора невелики. Напряжение со вторичной обмотки подается на выпрямитель и низковольтный фильтр (электролитические конденсаторы).

Напряжение ИДН должно находиться в пределах 4,75 — 5,25 В. Если оно будет меньше — основной мощный инвертор может не запуститься. Если оно будет больше, компьютер может «подвисать» и сбоить.

Для поддержания стабильного напряжения в ИДН часто используется регулируемый стабилитрон (иначе называемый источником опорного напряжения) и обратная связь.

При этом часть выходного напряжения ИДН подается во входные высоковольтные цепи.

Заканчивая первую часть статьи, отметим, что для гальванической развязки входных и выходных цепей используется оптопара.

Оптопара содержит источник и приемник излучения. В блоках питания чаще всего используется оптопара, содержащая в себе светодиод и фототранзистор.

Инвертор в ИДН собран чаще всего на мощном высоковольтном полевом или биполярном транзисторе. Мощный транзистор отличается от маломощных тем, что рассеивает бОльшую мощность и имеет бОльшие габариты.

В этом месте сделаем паузу. Во второй части статьи мы рассмотрим основной инвертор и низковольтную часть компьютерного блока питания.

До встречи на блоге!

Как устроен блок питания компьютера. Часть 2

Здравствуйте, уважаемые читатели!

Не так давно мы с вами начали знакомиться с устройством импульсного блока питания компьютера. В первой части статьи мы рассмотрели его структурную схему. Давайте продолжим знакомство и рассмотрим

Низковольтные выпрямители

Напряжение со вторичных обмоток трансформатора основного инвертора поступает на выпрямители каналов +3,3, +5 и +12 В.

По этим каналам потребляется практически вся мощность, отдаваемая блоком.

Обмотки трансформатора имеют вывод от средней точки. Используется двухполупериодная схема выпрямления с двумя диодами.

Она называется так потому, что используются оба полупериода переменного напряжения.

Кстати, мостовая схема, которая используется в высоковольтном выпрямителе, тоже двухполупериодная.

Отметим, что в низковольтных выпрямителях, в отличие от высоковольтных, используют диоды Шоттки.

Они отличаются от обычных тем, что на них падает меньшее напряжение. По этим диодам могут проходить токи более десятка ампер.

Поэтому рассеиваемая на них мощность уменьшается значительно.

Пара диодов Шоттки помещается обычно в общий трехвыводной корпус с общим анодом или общим катодом. Эта сборка диодов устанавливается на общий радиатор.

У внимательного читателя может возникнуть вопрос. А почему это высоковольтный выпрямитель состоит из четырех диодов, а низковольтный – из двух?

Начнем с того, что высоковольтный выпрямитель невозможно сделать из двух диодов, так как входное переменное напряжение подается не через трансформатор, а непосредственно. А вот с низковольтным возможны варианты.

Можно было бы и здесь использовать мостовую схему из четырех диодов. Но в этом случае последовательно с нагрузкой были бы включены два диода (а не один как в двухдиодной схеме). На втором диоде были бы дополнительные потери, что уменьшило бы выходное напряжение.

Кроме того, на втором диоде бы рассеивалась довольно значительная мощность, что потребовало бы усиления охлаждения (более громоздкого радиатора и вентилятора с большей производительностью).

У нас ведь блок питания, а не отопительный радиатор  :yes:

Недостаток такой схемы – наличие двух (а не одной) вторичных обмоток трансформатора в каждом канале. Но с этим приходится мириться. 

Низковольтные фильтры

После низковольтных выпрямителей в каналах +3,3, +5 и +12 В устанавливаются фильтры. Это, как правило, индуктивно-емкостные (LC) фильтры.

Применяются дроссели на ферритовых сердечниках, обладающие индуктивностью и электролитические конденсаторы.

Их также можно рассматривать как фильтры нижних частот, которые выделяют из пульсирующего напряжения постоянную составляющую.

Следует отметить, что полностью подавить высокочастотные помехи невозможно, их уровень сводят к некоей небольшой допустимой величине. В качественных питающих блоках используют конденсаторы с низким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением).

Чем ниже ESR, тем меньше будет греться конденсатор. Для уменьшения ESR устанавливают несколько конденсаторов параллельно (а не один с большой емкостью). Та же идеология используется в материнских платах компьютеров, где можно увидеть линейку конденсаторов возле процессора.

В дешевых блоках питания на элементах низковольтных фильтров часто экономят. Дроссели заменяют перемычками, ставят конденсаторы меньших емкостей и меньшим числом.

Это приводит к ухудшению фильтрующих свойств (увеличению пульсаций выходных напряжений).

Это чревато перегревом импульсного стабилизатора (питающего ядро процессора) на материнской плате и уменьшением надежности работы. Такие блоки «шедевры схемотехники» легко отличить по весу.

Качественные блоки питания не должны весить менее 1,5 – 2 кг. «Облегченные» блоки лучше не использовать.

Стабилизация выходных напряжений

В каналах +3,3, +5 и +12 В имеется и дроссель, выполненный на одном общем сердечнике. Это дроссель групповой стабилизации.

Вместе с контроллером и цепями обратной связи он способствует стабилизации этих выходных напряжений.

Напомним, что выходные напряжения должны находиться в пределах  +/- 5% от номинального значения.

При увеличении выходного тока (и, следовательно, и потребляемой нагрузкой мощности) контроллер увеличивает ширину импульсов, открывающих ключи инвертора. При этом увеличивается мощность, поступающая в первичную обмотку основного трансформатора.

Со вторичных обмоток также снимается бОльшая мощность. Проблема в том, что увеличение тока может происходить только по одному из каналов. В ответ на увеличение тока контроллер увеличивает ширину импульсов, стремясь поддержать напряжение в этом канале.

Но при этом увеличиваются и напряжения в других каналах. При использовании дросселя групповой стабилизации увеличение тока водном из каналов увеличивает магнитный поток в сердечнике. При этом наводится напряжение в обмотках и других каналов (сердечник же общий!), которое вычитается из основного.

На самом деле дело обстоит сложнее, применяются и другие схемотехнические напряжения, в частности резистивный делитель в каналах +5 и +12 В. Для стабилизации напряжения +3,3 В могут применять так называемый магнитный усилитель — отдельный дроссель на ферритовом сердечнике, работающий в режиме насыщения.

Охлаждение блока питания

Как уже указывалось, охлаждение радиаторов с силовыми элементами осуществляется вентилятором. Тепло «выдувается» из блока питания наружу. В качественных блоках  контроллер управляет вентилятором охлаждения.

Используя сигнал температурного датчика, он изменяет напряжение на обмотках вентилятора. Если температура внутри блока питания повысилась, контроллер поднимает напряжение на вентиляторе, увеличивая обороты. Если она уменьшилась — уменьшает.

Датчик могут устанавливать на радиаторе, где установлены низковольтные выпрямительные диоды. Однако такая схема достаточно инерционна. В более совершенных моделях контроллер отслеживает потребляемую мощность. Как только она увеличилась, он сразу поднимает обороты вентилятора, работая на опережение.

Блок питания содержит в себе цепи защиты. С их помощью при аварийном увеличении потребляемой мощности или коротком замыкании выводов контроллер останавливает инвертор, предохраняя силовые элементы от выхода из строя. В дешевых моделях эти цепи либо сильно упрощены, либо вообще отсутствуют. Это естественно, снижает надежность блока питания в целом.

В заключение скажем, что не рекомендуется включать блок питания без нагрузки. Во-первых, цепи защиты могут сообщить контроллеру об отсутствии нагрузки, и он не запустит инвертор. Во-вторых, самые дешевые модели могут просто выйти из строя. Нагрузка должна составлять величину хотя бы 10% от максимальной мощности блока.

До новых встреч!

Блоки питания

: сведения о блоках питания

Одним из ключевых компонентов любой компьютерной системы является блок питания, также известный как блок питания . Этот компонент обеспечивает питание остальной части компьютера, включая любые установленные периферийные устройства, такие как видеокарты и дополнительные жесткие диски. В этой статье мы обсудим роль блоков питания, а также важность выбора правильного блока для вашего компьютера.

Темы включают: 

• Что такое блок питания?
  • Подключение точек: кабели PSU и распределение питания
  • Рейнги и рельсы напряжения
• Важность использования правильного PSU
  • Типы PSUS
  • PSU Lifespan

What A A Power Supect?

Блок питания (PSU) — это аппаратное устройство, которое преобразует электричество переменного тока в электричество постоянного тока, а затем распределяет его по остальной части компьютера. На стандартном настольном компьютере к блоку питания подключается шнур питания, и на нем обычно есть выключатель питания ввода-вывода.

Соединение точек: кабели блока питания и распределение питания

Если вы откроете стандартный корпус компьютера, вы увидите, что блок питания подключен к остальной части компьютера с помощью различных кабелей питания. Эти кабели снабжают материнскую плату, жесткие диски и корпусную электронику электричеством, необходимым для их работы. Большинство блоков питания также имеют дополнительные кабели, предназначенные для установки периферийных устройств с большим энергопотреблением, таких как видеокарты. В последние годы модульные блоки питания стали более распространенными, что позволяет пользователям устанавливать столько силовых кабелей, сколько необходимо

В дополнение к питанию, обеспечиваемому непосредственно блоком питания, материнская плата помогает распределять питание между слотами ЦП и ОЗУ, а также разъемами для систем ЦП и корпусных вентиляторов. Поскольку материнская плата помогает распределять питание, нет необходимости напрямую подключать блок питания к каждому компоненту системы. Мало того, что придется иметь дело с беспорядком проводов, многие системные компоненты, такие как встроенные графические чипы и процессоры, слишком малы или хрупки для прямого подключения к блоку питания. Сочетая надежный блок питания с совместимой материнской платой, вы можете быть уверены, что ваш компьютер будет иметь всю необходимую мощность.

Номинальная мощность и напряжение питания 

Одной из основных характеристик блоков питания, на которую следует обратить внимание, является их номинальная мощность. Номинальная мощность описывает общую мощность системы, которая может быть получена от устройства до того, как оно перегрузится, обычно выражается как Вт (Вт) . Современные блоки питания обычно имеют мощность от 300 Вт до более 1000 Вт. Блоки питания с большей номинальной мощностью обычно используются в компьютерах с несколькими установленными видеокартами, например, для игр или обработки графики. Ноутбуки обычно имеют блоки питания мощностью от 50 Вт до более 200 Вт. Эти блоки обычно имеют соответствующий блок питания или «блок», который преобразует переменный ток в постоянный точно так же, как блок питания для настольных ПК.

Еще одной ключевой характеристикой блоков питания является их напряжение, обычно описываемое в терминах «рейки» напряжения. Шина напряжения представляет собой источник напряжения в различных количествах, используемый различными компонентами системы в зависимости от их требований к напряжению. Например, сетевая карта PCI, скорее всего, будет получать питание от шины +5 В, тогда как двигатели вентиляторов процессора будут получать питание от шины +12 В. Проще говоря, шины напряжения — это уровни напряжения, доступные для использования любым компонентом системы. В то время как номинальная мощность определяет общую мощность блока питания, шины напряжения определяют, как эта мощность используется.

Важность использования правильного блока питания

Хотя большинство блоков питания имеют стандартную конструкцию, обеспечивающую простоту установки, существует несколько вариантов для различных приложений.

Типы блоков питания

Стандарт ATX — наиболее распространенный блок питания, обычно используемый в настольных ПК. Предназначен для работы с форм-фактором материнской платы ATX. Обеспечивает три шины положительного напряжения: +3,3 В, +5 В и +12 В, а также шину резервного напряжения +5 В SB для обеспечения питания компьютеров в режиме ожидания.

Спецификация блока питания начального уровня (EPS) . Созданный на основе стандарта ATX, этот тип блока питания был разработан для использования в серверах, а не в персональных компьютерах. Обеспечивает более стабильную среду для критически важных приложений, чем стандарт ATX, что делает их идеальными для использования в критически важных серверах.

Малый форм-фактор — вариант блока питания, предназначенный для использования в компьютерах меньшего форм-фактора с материнскими платами MicroATX. Это блоки питания, которые можно найти в небольших телевизионных приставках, таких как DVD-плееры или кабельные приставки.

Тонкий форм-фактор — вариант блока питания, предназначенный для использования с материнскими платами Mini ITX и компьютерами меньшего форм-фактора.

Если вы планируете собрать домашний ПК, лучше всего найти стандартный блок питания ATX, поскольку он подходит для любого стандартного сочетания компьютерного корпуса и материнской платы. Если вы хотите построить сервер, то, возможно, решение EPS идеально вам подойдет. Для небольших сборок компьютеров более подходящим может быть блок питания небольшого или тонкого форм-фактора.

Срок службы блока питания

Поскольку блоки питания регулярно потребляют большое количество электроэнергии, они более подвержены износу, чем другие компоненты системы. По этой причине срок службы блока питания является важным показателем для определения надежности данного источника питания. Этот срок службы обычно описывается в терминах среднего времени наработки на отказ (MTBF) . Более высокое значение MTBF означает, что данный блок питания более надежен и будет иметь более длительный срок службы, чем блоки питания с более низкими значениями MTBF.

Блоки питания, изготовленные из более качественных материалов и с улучшенным охлаждением, как правило, имеют более длительный срок службы из-за меньшего количества тепловых нагрузок. Вообще говоря, средний блок питания будет работать около 100 000 часов при стандартных колебаниях температуры. Из-за относительно ограниченного срока службы блоков питания современные серверы иногда оснащаются блоками питания с возможностью горячей замены, которые можно быстро заменить в случае отказа. Чтобы предотвратить непредвиденные простои, убедитесь, что ваш сервер использует надежный высококачественный блок питания.

Теперь, когда вы лучше разбираетесь в блоках питания компьютеров, вам будет проще решить, какой тип блока питания вам подходит. Принимая во внимание мощность, напряжение, форм-фактор и срок службы вашего блока питания, вы можете быть уверены, что ваш компьютер никогда не исчерпает мощность, необходимую для его правильной работы.

Что такое блок питания (БП)?

Переключить навигацию

Поиск

Великобритания

Меню

Счет

Что делает блок питания?

A Блок питания (PSU — это внутренний аппаратный компонент ИТ. Несмотря на название, блоки питания (PSU) не снабжают системы питанием — вместо этого они преобразуют его. В частности, блок питания преобразует переменное ток высокого напряжения ( AC ) в постоянный ток ( DC ), а также они регулируют выходное напряжение постоянного тока в соответствии с точными допусками, необходимыми для современных вычислительных компонентов.

Большинство источников питания являются импульсными (SMPS), что обеспечивает как преимущества эффективности, так и упрощает проектирование для нескольких входов напряжения. Это означает, что большинство блоков питания могут работать в разных странах, где потребляемая мощность может меняться. В Великобритании напряжение составляет 240 В, 50 Гц, тогда как в США напряжение составляет 120 В, 60 Гц, а в Австралии — 230 В, 50 Гц.

Когда мне нужен блок питания?

Блок питания является важной частью любого сервера. Без него ваша ИТ-инфраструктура не будет работать. Поэтому неудивительно, что большинство систем при покупке включают в себя блок питания.

Однако в некоторых случаях можно использовать альтернативу блоку питания. При выборе Power over Ethernet (PoE) электроэнергия может передаваться по сетевым кабелям без привязки к электрической розетке. Это идеально подходит для систем, которым требуется большая гибкость; PoE может обеспечить точки беспроводного доступа в любом удобном месте, а проводка занимает меньше места.

Как правильно выбрать блок питания для моей системы?

Во-первых, при выборе блока питания важно убедиться, что он совместим с форм-фактором вашего серверного корпуса и материнской платы. Это обеспечит его соответствие вашему серверу.

Во-вторых, мощность является важным фактором для рассмотрения. Чем выше номинальная мощность, тем большую мощность устройство может предоставить вашей системе, а это означает, что вам необходимо оценить, сколько энергии требуется вашим компонентам для эффективной работы. Например, если для компонентов вашей системы требуется напряжение 600 В, было бы идеально приобрести блок питания на 1200 В, поскольку большинство блоков питания имеют наивысший КПД при нагрузке ≈50% . Это также позволяет при необходимости расширить вашу систему дополнительными компонентами.

Наконец, при замене или обновлении блока питания ПК важно учитывать бренды. Популярные бренды блоков питания включают Corsair, Antec, EVGA и Seasonic. Выбор часто сводится к личным предпочтениям, совместимости с вашей системой и тому, для чего вы используете блок питания (например, для игр, малого или крупного бизнеса или личного использования). Один из советов — обратите внимание на рейтинг 80 Plus Platinum , так как он обладает высокой энергоэффективностью и может минимизировать затраты на электроэнергию.

Просмотрите нашу полную коллекцию блоков питания здесь , чтобы начать работу.

Насколько эффективным должен быть мой блок питания?

Блоки питания 80 Plus имеют шкалу эффективности: от 80 Plus и 80 Plus Bronze до Titanium. «80 Plus» означает, что блоки питания в этом диапазоне всегда будут работать с эффективностью 80 % при минимуме , а по мере продвижения по шкале к 80 Plus Platinum и Titanium вы можете получить эффективность до 94 % (при 50 % нагрузка).

Новейшие блоки питания 80 Plus требуют высокой мощности для наиболее эффективной работы, поэтому блоки питания 80 Plus Gold, Platinum и Titanium (до 94%) идеально подходят для крупных центров обработки данных. Блоки питания 80 Plus Silver и ниже (максимальный КПД 88%) больше подходят для ПК и настольных компьютеров.

Важно помнить, что разница между рейтингом эффективности 90% и рейтингом эффективности 92% будет иметь огромное значение с точки зрения энергии, используемой в крупных центрах обработки данных.

Нужно ли мне более одного блока питания?

Короче говоря, серверу всегда требуется не менее двух блоков питания. Для этого существуют различные режимы работы, в зависимости от того, какая избыточность вам нужна в вашей системе.

Один из вариантов — иметь полностью резервированную систему электропитания, что означает, что один блок питания всегда выключен, и в случае простоя есть аварийный резерв. Другой вариант — иметь общие источники питания, когда они оба включены одновременно и распределяют рабочую нагрузку. В Techbuyer мы рекомендуем вам предоставить вдвое больше мощности , чем вам действительно нужно, чтобы обеспечить оптимальное время безотказной работы.

Для максимального резервирования также рекомендуется иметь источник бесперебойного питания (ИБП) , который позволяет вашему компьютеру работать в течение ограниченного времени в случае отключения питания. Есть три типа:

онлайн , офлайн и линейно-интерактивный . Источники бесперебойного питания онлайн гарантируют, что качество электроэнергии остается постоянным, в то время как автономные ИБП начинают работать при отключении питания, и после его включения будет небольшая задержка.