@ Карта сайта News Автора!

Bog BOS: hardware:  Блоки питания персональных компьютеров

Последнее изменение файла: 2016.11.15
Скопировано с www.bog.pp.ru: 2017.03.29

Bog BOS: hardware: Блоки питания персональных компьютеров

В статье описываются общие сведения о блоках питания (БП), вилки и розетки, проблема заземления в жилых помещениях, спецификации блоков питания AT, ATX, ATX12V, ATX12V 2.0, разъёмы питания периферийных устройств, описания некоторых конкретных БП.

Дополнительно рекомендуется прочитать статью о корпусах и системах охлаждения.

Общие сведения о блоках питания ПК и заземлении

Блок питания (БП) ПК преобразует переменное напряжение сети в набор постоянных напряжений для питания внутренних устройств. Он же обеспечивает их общей "схемной землёй" (GND). Многие внешние устройства также получают питание от БП по интерфейсным разъёмам: клавиатура и мышь получают от линий PS/2 +5V; USB устройства получают по специальным линиям +5V; устройства IEEE 1394 (FireWire) получают по специальным линиям 8-40V с гальванической развязкой; некоторые устройства могут получать питание от сигнальных линий последовательного порта (12V).

Современные БП являются импульсными (с бестрансформаторным входом, могут работать от источника любой частоты, формы сигнала и даже от источника постоянного тока). Обычно преобразователь стабилизирует одно основное напряжение +5V (или +12V). Остальные напряжения (+3.3, ) могут быть стабилизированнвми (в очень дорогих БП) или нестабилизированными (увеличение нагрузки по основной цепи приводит к увеличению напряжения по всем остальным). Рекомендации Intel по разработке БП (PSDG) устанавливают максимальные отклонения напряжений от номинальных (в основном, 5%). БП имеет ограничение по мощности каждой цепи, общей мощности и мощности комбинаций цепей, что необходимо учитывать при сборке системы. Самые старые системы потребляют, в основном, от цепи +5V, а современные - от цепи +12V (нескольких "виртуальных" цепей +12V с отдельными ограничителями по току). Обычно указывается ограничение на суммарное потребление цепей +3.3V и +5V, общее ограничение на все цепи +12V, ограничение на суммарное потребление основных цепей (+3.3V, +5V, +12V). Все они значительно меньше пасспортного. В пике БП может выдавать немного большую мощность, но не долго (пока не расплавится ;). Примерные потребности компонент компьютера:

APS (Autoswitching Power Suply, Full Range) - БП, способный работать и от источника 110 вольт, и от 220 вольт.

Приличный БП должен иметь главный выключатель питания рядом с кабелем, желательно с подсветкой при включении. Без нагрузки БП включаться не должен (так написано в руководстве), но может (не все изготовители БП читают руководства). Также БП должен иметь защиту от перегрузки и КЗ в каждой цепи, защиту от перегрева, выдерживать КЗ на линии +5VSB (не отключаясь).

Спецификации БП ATX определяют минимально допустимое и желаемое значение КПД, которые ужесточаются от версии к версии (сейчас надо ориентироваться на 80%). БП с низким КПД будет сильнее нагреваться (или сильнее шуметь) и транжирить ваши денежки. Сильнонагревающийся БП долго не проработает.

Кроме активной мощности (превращается в тепло в БП и компьютере) каждый БП обладает определённой реактивной мощностью (возвращается обратно на электростанцию или UPS). В некоторых местах электросчётчики считают полную мощность (активная плюс реактивная). Время работы и максимальная нагрузка UPS также определяется полной мощностью. Отношение активной мощности к полной в обычных БП равно приблизительно 0.65. В БП, оснащённых пассивной системой PFC (Power Factor Correction) увеличивается до 0.72, а в БП с активной PFC стремится к 1. В ЕС продажа БП без PFC запрещена.

Со временем характеристики БП ухудшаются, так что при сборке компьютера необходимо устанавливать БП с запасом.

Вилки и розетки

CEE 7/16 (Тип C, C5, IEC/TR 60083, EN 50075, Europlug). Вилка представляет собой два контакта диаметром 4.0 мм и длиной 19 мм. Каждый штырь на протяжении 10 мм от корпуса покрыт изоляцией, диаметр изолированной части — 3,8 мм. Два контакта не параллельны друг другу, слегка сходятся и пружинят; их центры отстоят друг от друга на 17,5 мм на концах и на 18,6 мм у корпуса. Максимальный ток – 3.5А (2.5A?).

CEE 7/4 (Тип F, Schuko, евровилка/евророзетка). Вилка представляет собой два штыря диаметром 4,8 мм на расстоянии 19 мм от центра (длина 19 мм) для фазы и нейтрали и две плоских контактных скобы сверху и снизу вилки для защитного заземления. Розетки образуют углубление, в которое вставляется вилка. Вилки и розетки неполяризованы, подключение фазы и нуля не контролируется. При вставке в розетку вилка закрывает собой полость розетки и первым делом устанавливает подключение защитного заземления через заземляющие скобы прежде, чем фазный и нейтральный штыри войдут в контакт. Направляющие пазы нужны для устойчивости. Максимальный ток – 16 А.

Вилка CEE 7/7 (CEE 7/7P?, Тип EF) представляют собой гибридные вилки, соответствующие CEE 7/4 и имеющие отверстие, которое принимает заземляющий штырь французских розеток CEE 7/5 (Тип E, C3).

Вилка CEE 7/17 (ГОСТ 7396.1-89, тип C6, контурная вилка). Без заземления, 16A. Вилка представляет собой два контакта диаметром 4.8 мм. Круглое основание, которое не позволяет подключить вилку в CEE 7/16 (C5). Вилка совместима с CEE 7/5 и CEE 7/4.

IEC 60320 C13/C14. Гнездовой разъём на шнуре и штыревой разъём на устройстве, 3 контакта, 10A.

IEC 60320 C19/C20. Гнездовой разъём на шнуре и штыревой разъём на устройстве, 3 контакта, 16A.

ГОСТ 7396.1-89. Вилки - C1-b (6A, круглая без пазов, штыри 4мм). Розетки - тип C1-a (6A, отверстия под штыри 4мм).

Нерешаемая проблема заземления

Многие внешние устройства (и другие компьютеры) получают питание от своих БП со своей "схемной землёй" и цепями заземления. При соединении устройств могут возникнуть проблемы несогласованных уровней заземления. Их можно решить гальванической развязкой сигнальных линий от схемной земли (MIDI, S/PDIF, Fiber Chanel, Ethernet, модемы, FireWire) или правильным заземлением каждого устройства.

На входе БП имеется сетевой фильтр из 2 конденсаторов, средний провод соединяется с землёй (зелёный, он средний как для фильтра, так и для трёхпроводного шнура питания (IEC 320), так и для трёхполюсной питающей розетки, хотя в розетках чаще используются подпружиненные скобы), крайние провода соединяются с нулевым проводом (синий) и фазой (коричневый).

Если нет "настоящей" земли, то средний провод иногда соединяют с нулевым проводом, но при этом он в один "прекрасный" день может стать фазой (вилку по другому вставили, пьяный электрик поменял во всём доме нуль и фазу местами и т.д.). При соединении 2 устройств возникает разность потенциалов (зависит от величины энергопотребления устройств), обычно небольшая. Однако, при нарушении контакта в нулевом проводе весь потребляемый устройством ток пойдёт через сигнальные линии с соответствующим результатом.

С другой стороны, если устройство совсем не заземлять, то на корпусе получается 110 вольт, так что не стоит держаться одновременно за корпус компьютера и батарею отопления (к счастью, мощность невелика - не убъёт ;). При соединении устройств, питающихся от одной фазы, разность потенциалов будет небольшой. Если устройства подключены к разным фазам, то разница потенциалов между корпусами будет велика. При соединении включённых устройств сигнальные линии могут соединиться раньше земляных и всё сгорит (проверьте, что в USB кабеле средние контакты короче крайних - у меня были такие яркие искры!). Рекомендуется не соединять включённые устройства вообще или подключать их в один трёхполюсный удлинитель (настоящий!) трёхполюсными (читай, ассиметричными) вилками.

Если соединить заземлённое устройство с незаземлённым, то между корпусами образуется потенциал в 110 вольт.

В инструкциях о проблемах заземления обычно ничего не говорится, ибо их составителям не приходит в голову мысль о существовании домов с электрической сетью без заземления в цивилизованной стране, в которой продаются их изделия. И что двухполюсную розетку можно превратить в трёхполюсную простым рассверливанием, а потом воткнуть в неё то, что втыкать просто не положено, они также не понимают.

БП форм-фактора AT

Вырабатываемые напряжения и сигналы:

2 разъёма питания (маркируются PS-8 и PS-9) устанавливаются рядом, так чтобы чёрные провода шли подряд (осторожно: сопротивление ключа преодолевается лёгким нажатием!):

  1. P.G.
  2. +5V
  3. +12V
  4. -12V
  5. GND
  6. GND
  7. GND
  8. GND
  9. -5V
  10. +5V
  11. +5V
  12. +5V

БП ATX

БП ATX имеет дополнительные выходные напряжения +3.3V (для процессора, оранжевый), +5VSB (малиновый, маломощный источник для питания цепей в дежурном - Standby - режиме; 10 mA в стандарте ATX 2.01) и управляющий сигнал PS-ON: зелёный, при высоком уровне этого сигнала (позволяет компьютеру выключать себе питание) или свободном состоянии этой цепи (до включения питания) питание подаётся только на +5VSB. P.G. переименован в PW-OK и перекрашен в серый, а GND - в COM (к счастью, остался чёрным, а ведь могли ;). Кабель -5V стал белым, а -12V - синим. Разброс выходных напряжений - в пределах 5%.

Первая версия стандарта предполагала вентилятор БП, всасывающий воздух с задней стенки и обдувающий заодно и процесор, однако потом все вернулись к вытяжному вентилятору (как у AT). Диаметр вентилятора: 80, 90 или 120 мм. Может иметь датчик температуры и схему управляющую скоростью вращения в зависимости от температуры.

Один двухрядный разъём с хорошим ключом (но и его можно прогнуть ;):

  1. +3.3V, оранжевый
  2. +3.3V, оранжевый
  3. COM, чёрный
  4. +5V, красный
  5. COM, чёрный
  6. +5V, красный
  7. COM, чёрный
  8. PW-OK, серый
  9. +5VSB, пурпурный
  10. +12V, жёлтый
  11. +3.3V, оранжевый (могут подвести +3.3V Sense, коричневый, см. ниже)
  12. -12V, голубой
  13. COM, чёрный
  14. PS-ON, зелёный
  15. COM, чёрный
  16. COM, чёрный
  17. COM, чёрный
  18. -5V, белый
  19. +5V, красный
  20. +5V, красный

Спецификацией 2.0 предусмотрен дополнительный двухрядный разъём с ключом (22 AWG, на материнских платах видеть не приходилось):

  1. FanM: белый, тахометрический датчик вентилятора БП (2 импульса на оборот)
  2. FanC: белый с синими полосками, управление скоростью вращения вентилятора БП: неподключенный разъём или +12V - максимальная скорость; +1V - остановка
  3. +3.3V Sense: белый с коричневыми полосками, обратная связь к стабилизатору +3.3V
  4. 1394R: белый с чёрными полосками, гальванически развязанная земля для IEEE 1394
  5. 1394V: белый с красными полосками, гальванически развязанные +8-48V для IEEE 1394
  6. резерв

БП ATX12V

Руководство по разработке источников питания (Power Supply Design Guide) ATX/ATX12V соответствует спецификации ATX 2.03 или более новой. К сожалению, руководство не является обязательным к применению изготовителями БП. Подробно описываются электрические (включая шумы, переходные процессы, EMI, MTBF - 100000 часов) и механические (включая размеры - соответствуют ATX и PS/2, расположения крепёжных и вентиляционных отверстий, маркировку и боевую раскраску) требования к БП. Версия ATX12V 1.0 - 2000 год, введён дополнительный 4-контактный разъём для питания +12V, введён необязательный дополнительный 6-контактный разъём для питания +3.3V и +5V AUX (для конфигураций, где ток на +5V больше 24А или на +3.3V больше 18А; на материнских платах не встречал; или это подарок AMD, питавшей процессор от +5V, от Intel?). требования к +5VSB увеличены до 1A. в пике до 1.5A (рекомендовано - 2A, в пике - 2.5A). По умолчанию +3.3V Sense подводится к 11 линии основого разъёма. БП должен нормально работать при входном напряженим от 180 до 265 вольт и частоте от 47 до 63 Гц. БП должен выдерживать пропадания напряжения (hold-up time) до 17 мс (сигнал PWR_OK должен быть убран за 1 мс до конца). БП должен иметь предохранитель входной цепи от перегрузки. Циклическое включение/выключение не должно приводить к поломке БП или срабатыванию предохранителя (но включаться должен только через 1 секунду). Разброс выходных напряжений - в пределах 5% (кроме напряжений -5V и -12V: 10%). БП должен иметь отдельную защиту от превышения напряжения (~20%) на каждом выходе. БП должен выключаться автоматически при замыкании +12V, +5V, +3.3V и игнорировать (не сгорая ;) замыкание +5VSB. Согласно правилам безопасности каждая цепь питания не должна выдавать более 240VA. Руководство приводит типовые диаграммы максимальной нагрузки в различном сочетании по выходам +12V и суммы +5V и +3.3V для БП мощностью 200W, 250W и 300W (максимальные токи: +12V - 15A, +5V - 30A, +3.3 - 28A, +5VSB - 2A; суммарная мощность по +5V и +3.3V: 180W). Минимальный КПД - 68%. Мощный (300W) БП должен иметь провода, выдерживающие 85° и 300V, диаметром 16 AWG для +12V, +5V, +3.3V и COM.

ATX12V 1.1 - 2000 год, увеличен максимальный ток по +3.3V. ATX12V 1.2 - 2002 год, убрано напряжение -5V. ATX12V 1.3 - 2003 год, уменьшены требования к нагрузочной способности по +5V и +3.3V, но увеличены требования по +12V, увеличены требования к КПД до 70% при полной нагрузке, добавлен разъём питания для SATA, определены требования к шуму. Изменены типовые диаграммы нагрузки по выходам +12V и суммы +5V и +3.3V для БП мощностью 220W, 250W и 300W (максимальные токи: +12V - 18A, +5V - 26A, +3.3 - 27A, +5VSB - 2A; максимальная суммарная мощность по +5V и +3.3V: 195W). Требования к +5VSB увеличены до 2A, в пике до 2.5A.

Дополнительный разъём питания AUX (16 AWG; убран в ATX12V 2.0):

  1. COM
  2. COM
  3. COM
  4. +3.3V
  5. +3.3V
  6. +5V

БП ATX12V 2.0

ATX12V 2.0 - 2004 год; опять увеличены требования к нагрузочной способности по +12V; 20-контактный разъём заменён на 24-контактный (также известный как EPS и 24/4): снизу старого 20-контактного разъёма как бы "приварен" 4-контактный разъём (+12V, +3.3V, +5V, COM); из спецификации убран дополнительный 6-контактный разъём AUX; источник +12V разбит на 2 виртуальных источника 12V1 (материнская плата на "доварке" и всё остальное на "старой" части основного разъёма) и 12V2 (процессор, на 4-контактном разъёме) с отдельными цепями защиты от перегрузки (в связи, с директивой ЕС по безопасности). Изменениы типовые диаграммы нагрузки по выходам +12V и суммы +5V и +3.3V для БП мощностью 250W, 300W (максимальные токи: +12V - 8A и 14A, +5V - 20A, +3.3 - 20A, +5VSB - 2A; максимальная суммарная мощность по +5V и +3.3V: 120W), 350W (максимальные токи: +12V - 10A и 15A, +5V - 21A, +3.3 - 22A, +5VSB - 2A; максимальная суммарная мощность по +5V и +3.3V: 130W) и 400W (максимальные токи: +12V - 14A и 15A, +5V - 28A, +3.3 - 30A, +5VSB - 2A; максимальная суммарная мощность по +5V и +3.3V: 130W). Рекомендованный КПД при типичной загрузке увеличен до 80%.

ATX12V 2.01 - 2004 год, исправлены очепатки.

ATX12V 2.2 - 2005 год. Изменены типовые диаграммы нагрузки для БП мощностью 250W, 300W (максимальные токи: +12V - 8A и 13A, +5V - 12A, +3.3 - 18A, +5VSB - 2.5A; максимальная суммарная мощность по +5V и +3.3V: 120W), 350W (максимальные токи: +12V - 10A и 13A, +5V - 12A, +3.3 - 20A, +5VSB - 2.5A; максимальная суммарная мощность по +5V и +3.3V: 130W) и 400W (максимальные токи: +12V - 14A и 13A, +5V - 14A, +3.3 - 20A, +5VSB - 2.5A; максимальная суммарная мощность по +5V и +3.3V: 130W). Добавлена типовая диаграмма нагрузки для БП мощностью 450W (максимальные токи: +12V - 14A и 16A, +5V - 15A, +3.3 - 22A, +5VSB - 2.5A; максимальная суммарная мощность по +5V и +3.3V: 130W). Рекомендованный КПД при полной загрузке увеличен до 77%, при малой загрузке - до 75%. Требования к +5VSB увеличены до 2.5A, в пике до 3.5A (до 3 секунд).

Разъём питания +12V (20 AWG; 18 AWG для ATX12V 2.0):

  1. COM
  2. COM
  3. +12V
  4. +12V

24-контактный разъём питания:

БП SSI EPS12V v2 и ERP12V v2

Стандарт SSI (Server System Infrastructure) EPS12V v2 (Entry-Level Power Supply) описывает стандарт серверных БП начального уровня (550 W, 600 W, 650 W, 700W, 750W, 800W), включая варианты для стоечных серверов EPS1U (450W, 550W и 700W) и EPS2U (550W, 650W и 750W). ERP12V v2 (Entry Redundant Power) описывает стандарт серверных БП начального уровня с резервированием, включая варианты для стоечных серверов ERP1U (450W, 550W и 700W) и ERP2U (550W, 650W, 750W). APFC обязателен. Должен работать в пределах от 180 до 264 Вольт и температуре до 45C на входе. Должен выдерживать пропадание одного цикла на входе при загрузке 75%. Размеры EPS12V: 86 мм в высоту, 140/180/230 мм в глубину, 150 мм в ширину, входной разъём IEC 320 C-14 справа внизу, вентилятор слева. Размеры EPS1U: 40 мм в высоту, 215/300/355 мм в глубину, 106 мм в ширину, входной разъём IEC 320 C-14 в центре, над ним двухцветный индикатор, по бокам вентиляторы. Размеры EPS1U-HD: 40 мм в высоту, 240 мм в глубину, 100 мм в ширину, входной разъём IEC 320 C-14 слева, вентилятор справа. Размеры ERP1U: 40 мм в высоту (с уклоном), 320 мм в глубину, 54.5 мм в ширину, входной разъём IEC 320 C-14 справа, слева двухцветный индикатор, вентиляторы внутри. Размеры EPS2U: 82.2 мм в высоту, 348.2 мм в глубину (с учётом выступов), 106 мм в ширину, входной разъём IEC 320 C-14 слева внизу, над ним двухцветный индикатор. Размеры ящика под БП ERP2U: 83 мм в высоту, 400 мм (350 мм) в глубину, 108 мм в ширину (118 мм с учётом ушек).

Резервирование БП требует наличия платы распределения питания (PDB, Power Distribution Board), которая получает от блоков питания 12V, расщепляет их на линии по 240VA и преобразует в 3.3V, 5V и -12V. Входной разъём каждого БП: IEC 320 C-14. При измерениях КПД затраты PDB не учитываются.

В ранних версиях имелся вариант ножевого разъёма с дополнительным сигналом ACWarning.

Разъёмы для питания периферийных устройств

Используются для подачи питания на НГМД, НЖМД, видеокарты, материнскую плату, для подключения мощных вентиляторов.

Для подключения НГМД, 4 иголочки (20 AWG, старые модели не имеют ключа!):

  1. +5V
  2. GND
  3. GND
  4. +12V

Для подключения НЖМД, видеокарт, вентиляторов и т.д. (разъём периферийного питания Mylex), 4 толстых штыря, обязательно ключ (18 AWG):

  1. +12V
  2. GND
  3. GND
  4. +5V

Провод SATA (18 AWG):

  1. +12V, жёлтый
  2. COM, чёрный
  3. +5V, красный
  4. COM, чёрный
  5. +3.3V, оранжевый

Разъём SATA:

  1. +3.3V
  2. +3.3V
  3. +3.3V
  4. COM
  5. COM
  6. COM
  7. +5V
  8. +5V
  9. +5V
  10. COM
  11. COM
  12. COM
  13. +12V
  14. +12V
  15. +12V

Требования к БП

Требования: ATX12V 2.0 (20+4/4) с большим числом разъёмов для SATA (в идеале 6 ;), достаточно 400W (максимальные токи: +12V - 14A и 15A, +5V - 28A, +3.3 - 30A, +5VSB - 2A; максимальная суммарная мощность по +5V и +3.3V: 130W), выключатель с подсветкой, управление частотой вращения вентилятора БП по термодатчику (вплоть до полной остановки), выключение БП при перегреве, основные провода должны быть 16 (18) AWG, вентилятор БП - 120 мм (на боковой стороне, до 1500) или 2 тихоходных 80 мм (до 2000), проволочная (не штампованная) решётка, КПД от 80% (меньше тепла - меньше шума), БП с активным PFC (как признак общей культуры) и чтобы UPS был счастлив (иначе его максимальную мощность можете умножить на 0.65). Приветствуются: индикаторы мощности и числа оборотов, отсоединяемые кабели (багетные разъёмы - для прикола), раздельная стабилизация напряжений, двухцветный индикатор, внешний периферийный разъём, большой вес радиаторов, ручное управление скоростью вращения вентиляров, улучшенные периферийные разъёмы (легче вытаскивать), кабели с фильтрами. тахометр вентилятора БП для подключения к материнской плате,

Читая обзоры:

БП Floston Lux (Ever-power) LXPK-400W

Версия ATX12V 1.3. КПД - 68% при максимальной нагрузке (PFC). Кнопка включения питания с подсветкой. Вентилятор диаметром 120мм на боковой стороне с термодатчиком, регулирующим скорость вращения. Разъём 5V снаружи (плюс внутри). Внутренние разъёмы 24 (составной 20+4), 12V, Aux, 2xSATA, 6xATA. Максимальные токи: +12V - 20A (мало), +5V - 40A (много), +3.3 - 28A, +5VSB - 2A; максимальная суммарная мощность по +5V и +3.3V: 225W (много). Обошёлся в $70.

Ссылки