Блок питания ( PSU ) преобразует сетевой переменный ток в низковольтный регулируемый постоянный ток для внутренних компонентов настольного компьютера. В современных персональных компьютерах повсеместно используются импульсные источники питания . Некоторые блоки питания имеют ручной переключатель выбора входного напряжения, а другие автоматически подстраиваются под основное напряжение.
Большинство современных блоков питания для настольных персональных компьютеров соответствуют спецификации ATX , которая включает в себя форм-фактор и допуски по напряжению. Когда блок питания ATX подключен к электросети, он всегда обеспечивает питание в режиме ожидания 5 В (5VSB), чтобы обеспечить питание функций режима ожидания на компьютере и некоторых периферийных устройств. Блоки питания ATX включаются и выключаются по сигналу материнской платы . Они также подают сигнал на материнскую плату, указывая, что напряжение постоянного тока соответствует техническим требованиям, чтобы компьютер мог безопасно включиться и загрузиться. Самым последним стандартом блока питания ATX является версия 3.0 по состоянию на середину
Упрощенная принципиальная схема типового блока питания
Схема типовой схемы регулятора напряжения XT и AT
Внутреннее устройство блока питания с пассивной коррекцией коэффициента мощности (слева) и активной коррекцией коэффициента мощности (справа)
Блок питания настольного компьютера преобразует переменный ток (AC) из розетки сетевой . низкого напряжения в постоянный ток (DC) для работы материнской платы, процессора и периферийных устройств Требуется несколько напряжений постоянного тока, и их необходимо регулировать с некоторой точностью, чтобы обеспечить стабильную работу компьютера. Шина питания или шина напряжения относится к одному напряжению, обеспечиваемому блоком питания. [1]
Некоторые блоки питания также могут подавать резервное напряжение , поэтому большую часть компьютерной системы можно отключить после подготовки к спящему режиму или завершению работы и снова включить в случае какого-либо события. Режим ожидания позволяет запускать компьютер удаленно с помощью Wake-on-LAN и Wake-on-Ring или локально с помощью включения питания клавиатуры (KBPO), если материнская плата поддерживает это. Это резервное напряжение может генерироваться небольшим линейным источником питания внутри устройства или импульсным источником питания, в котором некоторые компоненты используются совместно с основным блоком для экономии затрат и энергии.
первого поколения В блоках питания микрокомпьютеров и домашних компьютеров использовался тяжелый понижающий трансформатор и линейный источник питания, как, например, в Commodore PET, представленном в 1977 году. Apple II , также представленный в 1977 году, отличался Импульсный источник питания , который был легче и меньше, чем эквивалентный линейный источник питания, и не имел охлаждающего вентилятора. Импульсный источник питания использует трансформатор с ферритовым сердечником высокочастотный и силовые транзисторы, которые переключаются тысячи раз в секунду. Регулируя время переключения транзистора, можно точно контролировать выходное напряжение без рассеивания энергии в виде тепла в линейном регуляторе. Разработка мощных и высоковольтных транзисторов по экономичным ценам сделала возможным внедрение в настольные персональные компьютеры импульсных источников питания, которые использовались в аэрокосмической отрасли, мейнфреймах, мини-компьютерах и цветном телевидении. Дизайн Apple II , разработанный Atari инженером Родом Холтом, получил патент. [2] [3] и был в авангарде разработки современных компьютерных источников питания. Сейчас во всех современных компьютерах используются импульсные источники питания, которые легче, дешевле и эффективнее, чем эквивалентные линейные источники питания.
Компьютерные блоки питания могут иметь защиту от короткого замыкания, защиту от перегрузки (перегрузки), защиту от перенапряжения, защиту от пониженного напряжения, защиту от перегрузки по току и защиту от перегрева.
Источники питания, предназначенные для использования по всему миру, когда-то были оснащены переключателем входного напряжения, который позволял пользователю настроить устройство для использования в местной электросети. В нижнем диапазоне напряжений, около 115 В, этот переключатель включается, превращая выпрямитель напряжения электросети в удвоитель напряжения в схемотехнике Делона . В результате большой конденсатор первичного фильтра за этим выпрямителем был разделен на два конденсатора, соединенных последовательно, сбалансированных с помощью предохранительных резисторов и варисторов , которые были необходимы в верхнем диапазоне входного напряжения, около 230 В. Подключение блока, настроенного на нижний диапазон к сети более высокого напряжения обычно приводило к немедленному необратимому повреждению. Когда требовалась коррекция коэффициента мощности (PFC), эти конденсаторы фильтра заменялись конденсаторами большей емкости вместе с последовательно установленной катушкой для задержки пускового тока. Это простая конструкция пассивного PFC.
Активная коррекция коэффициента мощности более сложна и позволяет достичь более высокого коэффициента мощности — до 99%. Первые активные схемы PFC просто задерживали бросок напряжения. Более новые работают как повышающий преобразователь с входным и выходным контролем, питающий один фильтрующий конденсатор напряжением 400 В от источника входного сигнала широкого диапазона, обычно от 80 до 240 В. Новые схемы PFC также заменяют NTC. пусковой ток на основе ограничитель, представляющий собой дорогостоящую деталь, ранее располагавшуюся рядом с предохранителем.
Первый IBM PC блок питания (PSU) подавал два основных напряжения: +5 В и +12 В. Он подавал два других напряжения: –5 В и –12 В, но с ограниченным количеством мощности. Большинство микросхем того времени работали от напряжения 5 В. Из 63,5 Вт, которые могли выдать эти блоки питания, большая часть приходилась на шину +5 В.
Источник питания +12 В использовался в основном для управления двигателями, например, дисководами и вентиляторами охлаждения. По мере добавления большего количества периферийных устройств по шине 12 В подавалось больше мощности. Однако, поскольку большая часть энергии потребляется микросхемами, большая часть мощности по-прежнему передается по шине 5 В. Шина −12 В использовалась в основном для подачи отрицательного напряжения питания на последовательные порты RS-232 . Шина −5 В была предусмотрена для периферийных устройств на шине ISA (например, звуковых карт), но не использовалась ни одной материнской платой, кроме исходной материнской платы IBM PC.
Дополнительный провод, называемый «Power Good», используется для предотвращения работы цифровых схем в течение первых миллисекунд после включения источника питания, когда выходные напряжения и токи растут, но еще не являются достаточными или стабильными для правильной работы устройства. Как только выходная мощность готова к использованию, сигнал Power Good сообщает цифровой схеме, что она может начать работать.
Оригинальные блоки питания IBM для ПК (модель 5150), XT и AT включали переключатель сетевого напряжения, который проходил через боковую часть корпуса компьютера. В обычном варианте, встречающемся в корпусах башни , переключатель сетевого напряжения подключался к источнику питания коротким кабелем, что позволяло устанавливать его отдельно от источника питания.
Ранний источник питания микрокомпьютера либо был полностью включен, либо выключен и контролировался механическим переключателем сетевого напряжения, а энергосберегающие режимы простоя с низким энергопотреблением не были предусмотрены при проектировании первых компьютерных источников питания. Эти источники питания, как правило, не поддерживали режимы энергосбережения, такие как режим ожидания или «мягкое выключение», а также управление питанием по расписанию.
Из-за постоянно включенной конструкции в случае короткого замыкания либо перегорит предохранитель, либо импульсный источник питания неоднократно отключит питание, подождет короткий период времени и попытается перезапустить. Для некоторых источников питания повторный перезапуск слышен как тихое быстрое стрекотание или тиканье, издаваемое устройством.
Преобразователь напряжения для процессоров 80486DX4 (5 В на 3,3 В). Обратите внимание на радиатор на линейном регуляторе , необходимый для рассеивания потребляемой мощности. Типичная установка компьютерного блока питания форм-фактора ATX.
Разъем ATX обеспечивает несколько проводов и разъемов питания для источника питания 3,3 В, поскольку он наиболее чувствителен к падению напряжения в разъемах питания. Еще одним дополнением ATX была шина +5 В SB (режим ожидания) для обеспечения небольшого количества энергии в режиме ожидания , даже когда компьютер был номинально «выключен».
Когда компьютер находится в спящем режиме ACPI S3, используется только шина SB +5 В.
и ATX есть два основных различия Между источниками питания AT : разъемы, обеспечивающие питание материнской платы, и программный переключатель. В системах типа ATX переключатель питания на передней панели подает только сигнал управления на источник питания и не переключает сетевое напряжение переменного тока. Это низковольтное управление позволяет другому компьютерному оборудованию или программному обеспечению включать и выключать систему.
Поскольку блоки питания ATX имеют одинаковую ширину и высоту (150 × 86 мм (5,9 × 3,4 дюйма)), а также одинаковую схему монтажа (четыре винта, расположенные на задней стороне устройства), с предыдущим форматом не существует основное физическое различие, не позволяющее корпусу AT подключить блок питания ATX (или наоборот, если в корпусе может быть установлен выключатель питания, необходимый для блока питания AT), при условии, что конкретный блок питания не слишком длинный для конкретного случая.
Поскольку транзисторы на чипах становятся меньше, становится предпочтительнее эксплуатировать их при более низких напряжениях питания, а самое низкое напряжение питания часто требуется для самого плотного чипа, центрального процессора . Для подачи большого количества низковольтной энергии на процессоры Pentium специальный блок питания — модуль регулятора напряжения стали включать и последующие микропроцессоры в состав материнских плат . Более новым процессорам требуется ток до 100 А при напряжении 2 В или меньше, который нецелесообразно подавать от внешних источников питания.
Первоначально питание осуществлялось от основного источника питания +5 В, но по мере увеличения требований к мощности большие токи, необходимые для подачи достаточной мощности, стали проблематичными. Чтобы уменьшить потери мощности в источнике питания 5 В, с появлением микропроцессора Pentium 4 отдельный четырехконтактный разъем P4 компания Intel изменила источник питания процессора на работу от +12 В и добавила в новый стандарт ATX12V 1.0 для питания. эта сила.
Современные мощные графические процессоры делают то же самое, в результате чего большая часть потребляемой мощности современного персонального компьютера приходится на шину +12 В. Когда впервые были представлены мощные графические процессоры, типичные блоки питания ATX были «напряженными на 5 В» и могли обеспечивать только 50–60% своей выходной мощности в виде мощности 12 В. Так, производители графических процессоров для обеспечения мощности 200–250 Вт при напряжении 12 В (пиковая нагрузка, CPU+GPU) рекомендуют блоки питания мощностью 500–600 Вт и выше. Более современные блоки питания ATX могут выдавать почти всю (обычно 80–90%) свою общую номинальную мощность в виде мощности +12 В.
Из-за этого изменения при использовании старого блока питания ATX с более новым компьютером важно учитывать мощность источника питания +12 В, а не общую мощность.
Производители блоков питания низкого качества иногда пользуются этим завышением спецификаций, присваивая нереально высокие номиналы блоков питания, зная, что очень немногие клиенты полностью понимают номиналы блоков питания. [4]
Напряжение питания +3,3 В и +5 В редко является ограничивающим фактором; как правило, любой источник питания с достаточным номиналом +12 В будет иметь достаточную мощность при более низких напряжениях. Однако большинство жестких дисков или карт PCI создают большую нагрузку на шину +5 В.
Старые процессоры и логические устройства на материнской плате были рассчитаны на рабочее напряжение 5 В. Источники питания для этих компьютеров точно регулируют выходное напряжение 5 В и подают напряжение на шину 12 В в заданном диапазоне напряжения в зависимости от соотношения нагрузки обеих шин. Питание +12 В использовалось для двигателей компьютерных вентиляторов , двигателей дисковых накопителей и последовательных интерфейсов (которые также использовали питание -12 В). Дальнейшее использование напряжения 12 В появилось в звуковых картах с использованием линейных усилителей мощности звука , иногда фильтруемых линейным регулятором 9 В на карте для снижения шума двигателей.
Начиная с некоторых вариантов i386 , процессоры используют более низкие рабочие напряжения, например 3,3 или 3,45 В. Материнские платы имели линейные стабилизаторы напряжения, питаемые по шине 5 В. Перемычки или DIP-переключатели устанавливают выходные напряжения в соответствии со спецификациями установленного ЦП. Когда новым процессорам требовались более высокие токи, импульсные стабилизаторы напряжения, такие как понижающие преобразователи, заменили линейные стабилизаторы для повышения эффективности.
Начиная с первой версии стандарта ATX , блоки питания должны были иметь шину выходного напряжения 3,3 В. Редко линейный стабилизатор генерировал эти 3,3 В, питаясь от напряжения 5 В и преобразуя произведение падения напряжения и тока в тепло. В наиболее распространенной конструкции это напряжение генерируется путем смещения и преобразования импульсов шины 5 В на дополнительном дросселе , в результате чего напряжение повышается с задержкой и выпрямляется отдельно в выделенную шину 3,3 В. [5] и прерывание растущего напряжения холостого хода с помощью устройства типа TL431 , [6] который ведет себя аналогично стабилитрону . Позже регуляторы управляли всеми шинами 3,3, 5 и 12 В. Обрезая импульс стабилизатором напряжения, контролируют соотношение 3,3 и 5 В. В некоторых из этих блоков питания используются два разных дросселя, подающих питание на шину 3,3 В от трансформатора для управления импульсным изменением нагрузки с соотношением между выходами 3,3 В и 5 В. В конструкциях с идентичными дросселями ширина импульса определяет соотношение. [7]
У компьютеров Pentium 4 и более новых поколений напряжение на ядрах ЦП опускалось ниже 2 В. Падение напряжения на разъемах вынудило разработчиков размещать такие понижающие преобразователи рядом с устройством. Более высокое максимальное энергопотребление потребовало, чтобы понижающие преобразователи больше не питались от напряжения 5 В и были заменены на вход 12 В, чтобы уменьшить ток, требуемый от источника питания.
В приводах установлен небольшой линейный стабилизатор напряжения, обеспечивающий стабильное напряжение +3,3 В за счет подачи его с шины +5 В.
Спецификация источника питания начального уровня (EPS) — это блок питания, предназначенный для компьютеров с высоким энергопотреблением и серверов начального уровня. Форм-фактор EPS, разработанный форумом Server System Infrastructure (SSI), группой компаний, в которую входят Intel, Dell, Hewlett-Packard и другие, работающими над серверными стандартами, является производным от форм-фактора ATX . Последняя спецификация — v2.93.
Стандарт EPS обеспечивает более мощную и стабильную среду для критически важных серверных систем и приложений. Блоки питания EPS имеют 24-контактный разъем питания материнской платы и восьмиконтактный разъем +12 В. Стандарт также определяет два дополнительных четырехконтактных разъема на 12 В для более энергоемких плат (один требуется для блоков питания мощностью 700–800 Вт, оба необходимы для блоков питания мощностью 850 Вт+). Блоки питания EPS в принципе совместимы со стандартными материнскими платами ATX или ATX12V , которые можно найти в домах и офисах, но могут возникнуть механические проблемы, когда разъем 12 В, а в случае более старых плат, разъем выступает за разъемы. [8] Многие производители блоков питания используют разъемы, в которых дополнительные секции можно отсоединить, чтобы избежать этой проблемы. Как и в более поздних версиях стандарта блока питания ATX, здесь также нет шины −5 В.
По мере увеличения мощности блока питания в стандарт блока питания ATX вносились изменения (начиная с версии 2.0). [9] ), чтобы включить:
3.2.4. Предел мощности/уровни опасной энергии В нормальных условиях или в условиях перегрузки ни один выход не должен непрерывно обеспечивать мощность более 240 ВА при любых условиях нагрузки, включая выходное короткое замыкание, в соответствии с требованиями UL 1950 / CSA 950 / EN 60950 / IEC 950.
— Руководство по проектированию блока питания ATX12V, версия 2.2 [10]
Позднее это требование было удалено из версии 2.3 (март 2007 г.) спецификаций блока питания ATX12V. [11] но привело к различию в современных источниках питания ATX между одной и несколькими шинами.
Правило было предназначено для установки безопасного ограничения тока, который может проходить через любой отдельный выходной провод. Достаточно большой ток может привести к серьезному повреждению в случае короткого замыкания , расплавить провод или его изоляцию в случае неисправности, а также потенциально вызвать пожар или повредить другие компоненты. Правило ограничивает ток каждого выхода до уровня ниже 20 А , при этом типичные источники питания гарантируют доступность тока 18 А. Источники питания, способные выдавать ток более 18 А при напряжении 12 В, будут обеспечивать выходную мощность группами кабелей (так называемыми «рельсами»). Каждая шина подает ограниченное количество тока через один или несколько кабелей, и каждая шина независимо контролируется собственным датчиком тока, который отключает подачу питания при превышении тока. В отличие от предохранителя или автоматического выключателя , эти пределы сбрасываются, как только перегрузка устраняется. Обычно источник питания гарантирует ток не менее 17 А при напряжении 12 В при ограничении тока 18,5 А ± 8% . Таким образом, он гарантированно подает ток не менее 17 А и гарантированно отключается до 20 А. Затем документируются пределы тока для каждой группы кабелей, чтобы пользователь мог избежать размещения слишком большого количества сильноточных нагрузок в одной группе.
Первоначально во времена ATX 2.0 блок питания с «несколькими шинами +12 В» подразумевал, что он способен выдавать более 20 А мощности +12 В, и это считалось хорошей вещью. Однако люди сочли необходимость балансировать нагрузку по множеству шин +12 В неудобной, особенно потому, что блоки питания более высокого класса начали выдавать гораздо большие токи примерно до 2000 Вт или более 150 А при напряжении 12 В (по сравнению с 240 или 500 В). W более ранних времен). Когда назначение разъемов шинам выполняется во время производства, не всегда возможно переместить данную нагрузку на другую шину или управлять распределением тока между устройствами.
Вместо того, чтобы добавлять больше схем ограничения тока, многие производители предпочли проигнорировать это требование и увеличить пределы тока выше 20 А на шину или предоставить «однорельсовые» источники питания, в которых отсутствует схема ограничения тока. (В некоторых случаях реклама в нарушение собственных требований включает ее. [12] ) Из-за вышеупомянутых стандартов почти все источники высокой мощности утверждали, что имеют отдельные шины, однако это утверждение часто оказывалось ложным; многие пропустили необходимую схему ограничения тока, [13] как по соображениям стоимости, так и потому, что это раздражает клиентов. [14] (Этот недостаток иногда рекламировался и иногда рекламируется как функция под такими названиями, как «rail fusion» или «текущий обмен».)
В результате требование было отменено, однако проблема оставила свой отпечаток на конструкциях блоков питания, которые можно разделить на конструкции с одной направляющей и с несколькими направляющими. Оба могут (и часто содержат) содержать контроллеры ограничения тока. Начиная с версии ATX 2.31, выходной ток конструкции с одной шиной может проходить через любую комбинацию выходных кабелей, а управление и безопасное распределение этой нагрузки остается за пользователем. Конструкция с несколькими шинами делает то же самое, но ограничивает ток, подаваемый на каждый отдельный разъем (или группу разъемов), а налагаемые ограничения являются выбором производителя, а не устанавливаются стандартом ATX.
Разъем только 12 В на материнской плате Fujitsu Разъем ATX12VO
С 2011 года Fujitsu и другие производители первого уровня [15] производятся системы, содержащие варианты материнской платы, которым требуется только питание 12 В от изготовленного на заказ блока питания, мощность которого обычно составляет 250–300 Вт. Преобразование постоянного тока в постоянный , обеспечивающее напряжение 5 В и 3,3 В, выполняется на материнской плате. ; предложение состоит в том, что питание 5 В и 12 В для других устройств, таких как жесткие диски, будет поступать от материнской платы, а не от самого блока питания, хотя по состоянию на январь 2012 года это, похоже, не реализовано полностью. [update].
Причины такого подхода к электропитанию заключаются в том, что он устраняет проблемы с перекрестной нагрузкой, упрощает и уменьшает внутреннюю проводку, которая может повлиять на воздушный поток и охлаждение, снижает затраты, повышает эффективность источника питания и снижает шум за счет снижения скорости вентилятора блока питания до допустимого значения. управление материнской платой.
По крайней мере, два бизнес-ПК Dell, представленных в 2013 году, OptiPlex 9020 и Precision T1700, поставляются с источниками питания только на 12 В и реализуют преобразование 5 В и 3,3 В исключительно на материнской плате. После этого Lenovo ThinkCentre M93P использует блок питания только на 12 В и выполняет преобразование 5 В и 3,3 В исключительно на материнской плате IS8XM.
В 2019 году Intel выпустила новый стандарт, основанный на 12-вольтовой схеме: ATX12VO. Блок питания обеспечивает выходное напряжение только 12 В; [16] Питание 5 В, 3,3 В, необходимое для USB , жесткого диска и других устройств, преобразуется на материнской плате ; а разъем материнской платы ATX уменьшен с 24-контактного до 10-контактного. Ожидается, что он, получивший название ATX12VO, не заменит существующие стандарты, а будет существовать параллельно с ними. [17] На выставке CES 2020 компания FSP Group показала первый прототип, основанный на новом стандарте ATX12VO.
Согласно руководству по проектированию однорельсового блока питания ATX12VO, официально опубликованному Intel в мае 2020 года, в руководстве перечислены детали конструкции с питанием только 12 В и основные преимущества, которые включают более высокую эффективность и меньшее количество прерываний подачи электроэнергии. [18]
Общее энергопотребление блока питания ограничено тем фактом, что все линии питания проходят через один трансформатор и любую из его схем первичной стороны, например, коммутационные компоненты. Общая потребляемая мощность персонального компьютера может варьироваться от 250 Вт до более 1000 Вт для высокопроизводительного компьютера с несколькими видеокартами. Персональным компьютерам без особо высокопроизводительных процессоров или видеокарт обычно требуется от 300 до 500 Вт. [14] Блоки питания рассчитаны примерно на 40 % выше расчетной потребляемой мощности системы . Это защищает от снижения производительности системы и от перегрузки источника питания. Источники питания отмечают свою общую выходную мощность и указывают, как она определяется пределами электрического тока для каждого из подаваемых напряжений. Некоторые блоки питания имеют защиту от перегрузки.
Потребляемая мощность системы представляет собой сумму номинальных мощностей всех компонентов компьютерной системы, потребляющих источник питания. Некоторые видеокарты (особенно несколько карт) и большие группы жестких дисков могут предъявлять очень высокие требования к линиям 12 В блока питания, и для этих нагрузок решающее значение имеет номинал 12 В блока питания. Общее номинальное напряжение источника питания 12 В должно быть выше, чем ток, требуемый такими устройствами, чтобы блок питания мог полностью обслуживать систему с учетом других компонентов системы с напряжением 12 В. Производители этих компонентов компьютерных систем, особенно видеокарт, склонны завышать требования к питанию, чтобы свести к минимуму проблемы с поддержкой из-за слишком низкого напряжения питания.
Существуют различные инициативы по повышению эффективности компьютерных источников питания. Инициатива Climate Savers Computing Initiative способствует энергосбережению и сокращению выбросов парниковых газов, поощряя разработку и использование более эффективных источников питания. 80 Plus сертифицирует различные уровни эффективности источников питания и поощряет их использование посредством финансовых стимулов. Эффективные источники питания также экономят деньги, тратя меньше энергии; в результате они используют меньше электроэнергии для питания того же компьютера и выделяют меньше тепла, что приводит к значительной экономии энергии на центральном кондиционировании летом. Выгоды от использования эффективного источника питания более существенны для компьютеров, которые потребляют много энергии.
Хотя источник питания с номинальной мощностью, превышающей необходимую, будет иметь дополнительный запас защиты от перегрузки, такой блок часто менее эффективен и тратит больше электроэнергии при более низких нагрузках, чем блок более подходящего размера. Например, 900-ваттный блок питания с рейтингом эффективности 80 Plus Silver (что означает, что такой блок питания рассчитан на КПД не менее 85 % при нагрузках выше 180 Вт) может иметь КПД только 73 % при более низкой нагрузке. более 100 Вт, что является типичной мощностью в режиме ожидания для настольного компьютера. Таким образом, для нагрузки 100 Вт потери на этот источник питания составят 27 Вт; если бы тот же источник питания был подключен к нагрузке мощностью 450 Вт, при которой максимальный КПД источника составляет 89%, потери составят всего 56 Вт, несмотря на то, что полезная мощность будет в 4,5 раза выше. [19] [20] Для сравнения: 500-ваттный блок питания с рейтингом эффективности 80 Plus Bronze (что означает, что такой блок питания рассчитан на КПД не менее 82 % при нагрузках выше 100 Вт) может обеспечить КПД 84 % для блока питания мощностью 100 Вт. нагрузки, тратя всего 19 Вт. [21] Другие рейтинги, такие как 80 плюс золото, 80 плюс платина и 80 плюс титан, также имеют такие же рейтинги соответственно. Золото 80 плюс обеспечивает эффективность 87 % при нагрузке 100 %, платина 80 плюс обеспечивает эффективность 90 %, а золото 80 плюс обеспечивает лучший КПД при 94 %. [1] [22] [23]
Блок питания, сертифицированный производителем, может заявлять, что его выходная мощность вдвое или больше превышает фактическую. [24] [25] Чтобы еще больше усложнить эту возможность, когда есть две шины, которые делят мощность посредством понижающего регулирования, также случается, что либо шина 12 В, либо шина 5 В перегружаются при нагрузке, значительно ниже общей номинальной мощности источника питания. Многие источники питания создают выходное напряжение 3,3 В за счет понижения напряжения на шине 5 В или создают выходное напряжение 5 В за счет понижения напряжения на шине 12 В. Две задействованные шины помечены на блоке питания с указанием комбинированного ограничения тока. Например, шины 5 В и 3,3 В рассчитаны на общее ограничение общего тока. Для описания потенциальной проблемы: шина 3,3 В сама по себе может иметь номинал 10 А ( 33 Вт ), а шина 5 В сама по себе может иметь номинал 20 А ( 100 Вт ), но оба вместе могут быть только способен выдавать 110 Вт. В этом случае при максимальной нагрузке на шину 3,3 В (33 Вт) по шине 5 В будет выдаваться только 77 Вт.
Испытание, проведенное в 2005 году, показало, что компьютерные блоки питания обычно имеют КПД примерно 70–80%. [26] Для того чтобы блок питания с эффективностью 75 % производил 75 Вт выходного постоянного тока, ему потребуется 100 Вт входного переменного тока, а оставшиеся 25 Вт будут рассеиваться в виде тепла. Источники питания более высокого качества могут иметь эффективность более 80%; в результате энергоэффективные блоки питания тратят меньше энергии на тепло и требуют меньшего расхода воздуха для охлаждения, что приводит к более тихой работе.
По состоянию на 2012 год эффективность некоторых высококачественных потребительских блоков питания может превышать 90% при оптимальных уровнях нагрузки, но эффективность упадет до 87–89% при тяжелых или легких нагрузках. Блоки питания серверов Google имеют эффективность более 90 %. [27] Серверные блоки питания HP достигли эффективности 94%. [28] Стандартные блоки питания, продаваемые для серверных рабочих станций, по состоянию на 2010 год имеют эффективность около 90%.
Энергоэффективность блока питания существенно падает при малых нагрузках. Поэтому важно, чтобы мощность блока питания соответствовала потребностям компьютера в электропитании. КПД обычно достигает максимума при нагрузке примерно 50–75%. Кривая варьируется от модели к модели (примеры того, как выглядит эта кривая, можно увидеть в отчетах об испытаниях энергоэффективных моделей, которые можно найти на 80 Plus веб-сайте . Архивировано 28 августа 2010 г. на Wayback Machine ).
Большинство блоков питания для настольных персональных компьютеров представляют собой квадратную металлическую коробку, из одного конца которой выходит большой пучок проводов. Напротив пучка проводов находится задняя панель блока питания с вентиляционным отверстием и разъемом IEC 60320 C14 для подачи переменного тока. Это может быть выключатель питания и/или переключатель напряжения. Исторически они монтировались в верхней части корпуса компьютера и имели два вентилятора: один внутри корпуса, нагнетающий воздух в сторону блока питания, а другой — вытягивающий воздух из блока питания наружу. Многие блоки питания имеют один большой вентилятор внутри корпуса, установленный в нижней части корпуса. Вентилятор может быть включен всегда или включаться и менять скорость в зависимости от нагрузки. У некоторых нет вентиляторов, поэтому они охлаждаются полностью пассивно. [31] [32] [33]
Размеры блока питания ATX составляют 150 мм в ширину, 86 мм в высоту и обычно глубину 140 мм, хотя глубина может варьироваться от марки к марке.
Некоторые блоки питания поставляются с изолированными кабелями, которые не только более эстетичны, но и упрощают подключение и менее вредно влияют на воздушный поток.
Обычно блоки питания имеют следующие разъемы (все — Molex (США) Inc Mini-Fit Jr, если не указано иное):
Разъем питания материнской платы ATX (обычно называется P1 ): это разъем, который подключается к материнской плате для подачи на нее питания. Разъем имеет 20 или 24 контакта. Один из контактов принадлежит проводу PS-ON (обычно он зеленого цвета). Этот разъем является самым большим из всех разъемов. В старых AT блоках питания этот разъем был разделен на две части: P8 и P9 . Блок питания с 24-контактным разъемом можно использовать на материнской плате с 20-контактным разъемом. В случаях, когда материнская плата имеет 24-контактный разъем, некоторые блоки питания поставляются с двумя разъемами (один с 20-контактным, другой с 4-контактным, т.е. 20+4-контактный разъем), которые можно использовать вместе для формирования 24-контактного разъема. контактный разъем.
Разъем питания только на 12 В (обозначен P1 , хотя он не совместим с 20- или 24-контактным разъемом ATX): это 10- или 16-контактный разъем Molex , подающий на материнскую плату три или шесть линий 12 В с общими возвратами, «питание» OK», сигнал «PSU ON» и вспомогательное питание 12 или 11 В. Один контакт остался неиспользованным. [34]
Только 12 В. Мониторинг системы ( P10 ): это разъем 171822-8 AMP или аналогичный, обеспечивающий питание вентилятора блока питания и возвратный сигнал. [34]
4-контактный разъем питания ATX12V (также называемый разъемом питания P4 ). Второй разъем, который подключается к материнской плате (в дополнение к 24-контактному разъему материнской платы ATX) для подачи специального питания на процессор.
4+4-контактный. В целях обратной совместимости некоторые разъемы, предназначенные для материнских плат и процессоров высокого класса, требуют большей мощности, поэтому EPS12V имеет 8-контактный разъем.
4-контактный разъем питания периферийных устройств 4-контактные разъемы питания периферийных устройств . Это другие разъемы меньшего размера, которые подключаются к различным дисководам компьютера. Большинство из них имеют четыре провода: два черных, один красный и один желтый. сетевых проводов США В отличие от стандартной цветовой маркировки , каждый черный провод является заземлением , красный провод +5 В, а желтый провод +12 В. В некоторых случаях они также используются для подачи дополнительного питания на карты PCI, например как карты FireWire 800 .
4-контактные разъемы питания Molex (Japan) Ltd (обычно называемые мини-разъемом , мини-Molex или разъемом Berg ): это один из самых маленьких разъемов, обеспечивающих 3,5-дюймового флоппи-дисковода питание . В некоторых случаях его можно использовать в качестве вспомогательного разъема для с портом ускоренной графики видеокарт (AGP). Его конфигурация кабеля аналогична периферийному разъему.
Вспомогательные разъемы питания. Существует несколько типов вспомогательных разъемов, обычно 6-контактных, предназначенных для подачи дополнительного питания, если оно необходимо.
Разъемы питания Serial ATA : 15-контактный разъем для компонентов, использующих вилки питания SATA. Этот разъем подает питание при трех различных напряжениях: +3,3, +5 и +12 В, по три контакта на каждый провод, один из которых предназначен для предварительной зарядки емкостных нагрузок для для горячего подключения , предназначенных объединительных плат .
6-контактный. Большинство современных компьютерных блоков питания имеют шестиконтактные разъемы, которые обычно используются для видеокарт PCI Express , но на блоках питания последних моделей можно увидеть недавно представленный восьмиконтактный разъем. Каждый 6-контактный разъем PCI Express может выдавать максимальную мощность 75 Вт.
6+2-контактный. В целях обратной совместимости некоторые разъемы, предназначенные для использования с высокопроизводительными видеокартами PCI Express, имеют такую конфигурацию контактов. Он позволяет подключать как шестиконтактную, так и восьмиконтактную карту с помощью двух отдельных соединительных модулей, подключенных к одной оболочке: один с шестью контактами, а другой с двумя контактами. Каждый 8-контактный разъем PCI Express может выдавать максимальную мощность 150 Вт.
12-контактный для видеокарт PCI Express , каждый 12-контактный разъем PCI Express может выводить максимум 648 Вт (12 В, 9 А), 2 8-контактных разъема по 150 Вт можно объединить с помощью переходного кабеля в один 12-контактный разъем мощностью 648 Вт. .
16-контактный разъем 12VHPWR для видеокарт PCI Express , каждый 16-контактный разъем PCI Express может выводить максимум 662 Вт (12 В, 9,2 А), 12 контактов питания, 4 контактных контакта. Представлен в ATX 3.0.
Разъем C14 IEC 60320 с соответствующим шнуром C13 используется для подключения источника питания к местной электросети.
Полумодульный блок питания слева и немодульный блок питания справа
Модульный источник питания представляет собой съемную кабельную систему, позволяющую удалять неиспользуемые соединения за счет небольшого дополнительного электрического сопротивления, создаваемого дополнительным разъемом. [35] Это уменьшает беспорядок, устраняет риск того, что свисающие кабели будут мешать работе других компонентов, а также может улучшить циркуляцию воздуха в корпусе. Многие полумодульные источники питания имеют несколько постоянных многожильных кабелей с разъемами на концах, например, материнская плата ATX и 8-контактный EPS , хотя новые источники питания, продаваемые как «полностью модульные», позволяют отсоединять даже их. Назначение контактов съемных кабелей стандартизировано только на выходном конце, а не на том конце, который должен быть подключен к источнику питания. Таким образом, кабели модульного источника питания следует использовать только с этой конкретной моделью модульного источника питания. Использование с другим модульным источником питания, даже если кабель на первый взгляд кажется совместимым, может привести к неправильному назначению контактов и, таким образом, может привести к повреждению подключенных компонентов из-за подачи 12 В на контакт 5 В или 3,3 В. [36]
Конфигурация малого форм-фактора с разъемом 12 В (SFX12V) оптимизирована для малого форм-фактора систем (SFF), таких как microATX . Низкий профиль источника питания легко вписывается в эти системы.
Конфигурация тонкого форм-фактора с разъемом 12 В (TFX12V) оптимизирована для небольших и низкопрофильных Mini ITX и Mini DTX систем . Длинный узкий профиль блока питания легко вписывается в низкопрофильные системы. Размещение охлаждающего вентилятора можно использовать для эффективного отвода воздуха из процессора и основной области материнской платы, что позволяет создавать более компактные и эффективные системы с использованием обычных промышленных компонентов. [37]
Большинство портативных компьютеров имеют блоки питания мощностью от 25 до 200 Вт. В портативных компьютерах (например, ноутбуках ) обычно имеется внешний источник питания (иногда называемый «кирпичиком питания» из-за его сходства по размеру, форме и весу). в настоящий кирпич ), который преобразует мощность переменного тока в одно напряжение постоянного тока (чаще всего 19 В), а дальнейшее преобразование постоянного тока происходит внутри ноутбука для подачи различных напряжений постоянного тока, необходимых другим компонентам портативного компьютера.
В некоторых компьютерах используется источник питания с одним напряжением 12 В. Все остальные напряжения генерируются модулями стабилизатора напряжения на материнской плате. [27]
Блок питания форм-фактора SFX
Блок питания форм-фактора TFX
Блок питания форм-фактора FlexATX
Ранее использовавшийся блок питания AT, механически того же размера, что и блоки питания ATX.
Срок службы обычно определяется как среднее время наработки на отказ (MTBF), где более высокие значения MTBF указывают на более длительный срок службы устройства и лучшую надежность. Использование более качественных электрических компонентов с номиналами ниже максимальных или обеспечение лучшего охлаждения может способствовать более высокому рейтингу наработки на отказ, поскольку более низкие нагрузки и более низкие рабочие температуры снижают частоту отказов компонентов. [40]
Примерное значение среднего времени безотказной работы в 100 000 часов (примерно 140 месяцев) при 25 °C и полной нагрузке является довольно распространенным явлением. [41] Такой рейтинг предполагает, что в описанных условиях 77% блоков питания будут работать безотказно в течение трех лет (36 месяцев); аналогично ожидается, что 23% энергоблоков выйдут из строя в течение трех лет эксплуатации. В том же примере ожидается, что только 37% устройств (менее половины) прослужат 100 000 часов без сбоев. [а] Формула для расчета прогнозируемой R надежности (t) выглядит так:
где t — время работы в тех же единицах времени, что и спецификация MTBF, e — математическая константа , приблизительно равная 2,71828, а t MTBF — значение MTBF, указанное производителем. [42] [43]
Источники питания для серверов, промышленного оборудования управления или других мест, где важна надежность, могут иметь возможность горячей замены и могут включать N резервирование +1 и источник бесперебойного питания ; Если для удовлетворения требований нагрузки требуется N блоков питания, устанавливается еще один для обеспечения резервирования и возможности замены неисправного блока питания без простоев. [44]
Распиновка разъемов питания материнской платы ATX 2.x, 24-контактный (сверху) и четырехконтактный «P4» (снизу), если смотреть со стороны ответной части разъемов. [45] 24-контактный разъем питания материнской платы ATX; контакты 11, 12, 23 и 24 образуют съемный отдельный четырехконтактный разъем, что делает его обратно совместимым с 20-контактными розетками ATX.
Разъем питания AT (на старых материнских платах AT)
^ Управляющий сигнал, который блок питания поднимает до +5 В и должен быть понижен до низкого уровня, чтобы включить блок питания.
^ Управляющий сигнал имеет низкий уровень, когда другие выходы еще не достигли или собираются покинуть правильное напряжение.
^ Formerly −5 V ( белый провод), отсутствующий в современных блоках питания; это было необязательно в ATX и ATX12V v1.2 и удалено, начиная с версии 1.3.
«Тестер блока питания» — это инструмент, используемый для проверки работоспособности блока питания компьютера. Тестеры могут подтвердить наличие правильного напряжения на каждом разъеме источника питания. Для получения наиболее точных показаний рекомендуется тестирование под нагрузкой. [47]
Большинство вентиляторов блока питания не подключены к датчику скорости на материнской плате и поэтому не могут контролироваться, но некоторые высокопроизводительные блоки питания могут обеспечивать цифровое управление и мониторинг, а для этого требуется подключение к датчику скорости вентилятора или USB-порту на материнской плате. .
^ Торрес, Габриэль (15 марта 2008 г.). «Какую мощность на самом деле может обеспечить обычный блок питания мощностью 500 Вт?» . Hardwaresecrets.com. Архивировано из оригинала 11 мая 2008 г. Проверено 28 марта 2009 г. Наш стандартный блок питания мощностью 500 Вт вышел из строя, когда мы попытались получить от него 275 Вт, поэтому максимальное количество энергии, которое мы могли извлечь, составило 250 Вт — половину указанного количества!
^ Натан Кирш (30 марта 2005 г.). Соответствие блоков питания Skyhawk ATX12V и EPS12V . Законные обзоры . Проверено 24 сентября 2009 г. На передней стороне коробки написано «Triple Rails for +12V», а затем идет надпись «Intel ATX 12V Version 2.0 и EPS 12V Version 2.1». В результате нашего расследования выяснилось, что вышеуказанные блоки питания не соответствуют ATX12V. или стандарты EPS12V, как указано на упаковке.
^ Раттер, Дэниел (27 сентября 2008 г.). «Лимонно-свежие источники питания» . dansdata.com . Проверено 28 сентября 2008 г. Лимонный рынок блоков питания для ПК теперь официально стал настолько плохим, что безымянные универсальные блоки питания мощностью 500 Вт на самом деле едва ли могут обеспечить мощность 250 Вт. Реальная постоянная мощность этих устройств составляет около 200 Вт. Таким образом, коэффициент инфляции мощности достиг 2,5 и продолжает расти.
Arc.Ask3.Ru Номер скриншота №: ca6a812f7efdae911113a6c8542cd065__1718531640 URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/ca/65/ca6a812f7efdae911113a6c8542cd065.html Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1: Power supply unit (computer) - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)
Блок питания форм-фактора SFX
Блок питания форм-фактора TFX
Блок питания форм-фактора FlexATX
Ранее использовавшийся блок питания AT, механически того же размера, что и блоки питания ATX.![Блок питания PS3, короче ATX, максимум 300 Вт (не путать с PlayStation 3)[39]](//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/16/PS3_PC-PSU_IMG_2431.JPG/155px-PS3_PC-PSU_IMG_2431.JPG)
Блок питания PS3, короче ATX, максимум 300 Вт (не путать с PlayStation 3 ) [39]
Адаптер, позволяющий блоку питания SFX заменить блок питания ATX или PS3.
![Блок питания PS3, короче ATX, максимум 300 Вт (не путать с PlayStation 3)[39]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/16/PS3_PC-PSU_IMG_2431.JPG/155px-PS3_PC-PSU_IMG_2431.JPG)
Тестер блока питания ATX с ЖК-дисплеем
Тестер блока питания ATX со светодиодными индикаторами![Испытания на пульсацию проводятся с использованием внешней нагрузки и оборудования для мониторинга[48].](//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/36/PC_PSU_Noise_Test_Setup.svg/220px-PC_PSU_Noise_Test_Setup.svg.png)
Испытания на пульсацию выполняются с внешней нагрузкой и оборудованием мониторинга. [48]
![Испытания на пульсацию проводятся с использованием внешней нагрузки и оборудования для мониторинга[48].](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/36/PC_PSU_Noise_Test_Setup.svg/220px-PC_PSU_Noise_Test_Setup.svg.png)
