Правильное питание

Олег Татарников

Принцип работы блока питания

Немного теории

Стандарты питания

Разъемы питания

Последний взгляд

Репликатор Molex-разъемов от Thermaltake

Dr.Power от Thermaltake

Блок питания (БП) — один из важнейших элементов компьютера, и в то же время на него, как правило, обращают слишком мало внимания. А ведь стабильность работы любой компьютерной системы в немалой степени зависит от правильного выбора и обоснованного расчета необходимой мощности потребления.
Поэтому, собирая новый компьютер или производя очередной апгрейд старой системы, мы должны в первую очередь задуматься о качественном питании всех ее компонентов — только тогда все будет работать без сбоев. А ведь современные компьютерные «железки» предъявляют все более высокие требования к мощности питающих цепей. Прежде всего это касается новых видеокарт для игровых и графических приложений, потребляемая мощность которых ничем не уступает процессорной, а в случае применения таких систем, как NVIDIA SLI или ATI Cross-Fire, даже превосходит ее.

между тем мало кто покупает блоки питания отдельно. Как правило, для нового компьютера сразу приобретается готовый комплект из корпуса и БП — зачем платить 50 долл. за отдельный блок питания, если можно за те же деньги купить его сразу с корпусом? А ведь в такой комплект часто входит самый дешевый блок питания, не удовлетворяющий современным стандартам. А уж при апгрейде старой системы о смене БП вообще мало кто задумывается, если, конечно, для новой материнской платы не потребуется какой-нибудь особенный разъем питания, которого не было в старом блоке.

В результате несерьезное отношение к выбору БП в лучшем случае приведет к тому, что система не заработает, а в худшем может вы-звать отказы и выход из строя таких дорого-стоящих компонентов компьютера, как материнская плата, процессор, видеокарта или жесткий диск. Но даже если ничего не сгорит (а надо признать, что такие случаи в современных компьютерных системах очень редки), то самопроизвольное выключение или перезапуск компьютера может привести к потере важных данных или какой-либо системной информации, что повлечет за собой дальнейшие сбои. Одним словом, проблемы со стабильностью могут дорого обойтись пользователям и без повреждения электроники, а между тем владелец компьютера будет тщетно искать огрехи в операционной системе и по традиции ругать многострадальный Microsoft.

И даже самые продвинутые пользователи при возникновении подобных ситуаций лишь в самую последнюю очередь обращаются к проверке питания, предпочитая искать причину в настройках процессора, памяти или материнской платы. А ведь именно блок питания является одним из самых проблемных компонентов компьютера! Обычно сбои по питанию происходят словно бы случайно, и всё кажется нормальным после перезапуска. И только в немногих случаях удается докопаться до истинной причины — неисправности или недостаточной мощности блока питания. А порой компьютер начинает самопроизвольно перезагружаться настолько часто, что пользоваться им вообще становится невозможно.

Конечно, можно понадеяться на покупку готового компьютера «рекомендованной конфигурации» в какой-нибудь фирме-сборщике. Однако и там подобные конфигурации зачастую комплектуются самыми дешевыми и низкосортными блоками питания, которые будут работать на пределе и могут сгореть даже при относительно низких нагрузках, тем более если пользователь подключит к ПК какие-то дополнительные устройства. Естественно, ни одна фирма не поставит в такой компьютер-ширпотреб дорогой БП с большим запасом по мощности, который значительно увеличит цену. Ведь выгоднее работать по принципу «лишь бы гарантийный срок протянуло большинство компьютеров», а если у кого-то что-то сломается в течение этого срока, то всегда можно свалить все проблемы на то, что у пользователя отсутствовало устройство бесперебойного питания (UPS), а в его доме была плохая электропроводка.

А уж при модернизации компьютера на блок питания следует обращать особое внимание, поскольку добавляемые в компьютер современные компоненты часто требуют гораздо большей мощности, чем может обеспечить старый блок питания, который к тому же за время работы сильно запылился и исчерпал значительную долю своего ресурса.

Мощность необходимого БП рассчитывается из суммарного энергопотребления всех компонентов системы. Ниже мы приведем ориентировочную таблицу расчета необходимой мощности, но истинные значения могут дать только непосредственные измерения.

Потребляемый ток (в амперах)

Принцип работы блока питания

начала поговорим о том, как устроены современные блоки питания в компьютерах и почему они выходят из строя? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим принцип работы импульсного БП.

Компьютерный блок питания предназначен для преобразования напряжения переменного тока бытовой электросети во внутренние напряжения постоянного тока, необходимые для питания компьютерных компонентов, а именно в 12, 5 и 3,3 В.

В компьютерных блоках питания применяется метод двойного преобразования с обратной связью. При этом преобразование происходит не за счет трансформации тока бытовой электрической сети с частотой 50 Гц, как это делалось когда-то в первых блоках питания, — здесь работа идет с частотами свыше 20 кГц, что позволяет использовать компактные высокочастотные трансформаторы при той же выходной мощности. Поэтому современный импульсный блок питания гораздо меньше, чем классические трансформаторные схемы, которые включали понижающие трансформаторы внушительных размеров. Если кто-то помнит БП первых советских персональных компьютеров EC-1840, то он был сделан как раз по этому классическому принципу, то есть был размещен в отдельном ящике размером с системный блок и весил в 2-3 раза больше всего остального, включая монитор.

Импульсный БП имеет более высокий КПД (не менее 68%) за счет того, что работает в ключевом режиме, а регулирование и стабилизация выходных напряжений происходят методом широтно-импульсной модуляции (то есть путем изменения длительности импульса). Для того чтобы использовать высокочастотные трансформаторы, необходимо преобразовать ток из сети (220 В, 50 Гц) в высокочастотный ток (порядка 60 кГц). Для этого требуется отфильтровать высокочастотные импульсные помехи на входе (напряжение 220 В из розеток проходит через фильтр из 2-3 звеньев, который защищает другие включенные в сеть устройства от помех, создаваемых БП); подать переменный ток на выпрямитель, на выходе которого стоят электролитические конденсаторы для сглаживания пульсаций; выпрямленное постоянное напряжение свыше 300 В подать на ключ (обычно это два транзистора), управляющий силовыми трансформаторами, который из постоянного напряжения сделает переменное с прямоугольной формой импульсов высокой частоты; а затем опять подать полученный переменный ток (но уже высокочастотный) на вторичное выпрямление.

В состав преобразователя входит импульсный трансформатор, который обеспечивает гальваническую развязку от сети и понижение напряжения до требуемых значений. Трансформаторы, работающие с током высокой частоты, значительно меньше и легче классических, ведь в них используется небольшое количество витков, а вместо железного сердечника применяется ферритовый. Итак, снимаемое с трансформатора напряжение идет на вторичный выпрямитель и проходит через высокочастотный фильтр, состоящий из электролитических конденсаторов и индуктивностей. Таким образом на выходе мы и получим необходимые нам +12, +5, +3,3, –5, –12 В и резервные +5 В в дежурном режиме. В идеале нам необходимо шесть стабилизаторов напряжения для всех этих цепей, однако реализовать это на практике невозможно из-за ограниченных габаритов блока питания и слишком высокой цены такого решения.

Поэтому практически во всех БП используются один основной стабилизатор и один маломощный, резервный — на дежурные +5 В. Таким образом, все выходные напряжения проходят через обмотки дросселя групповой стабилизации. После дросселя стоят конденсаторы большой емкости и фильтрующие дроссели (катушки). Эти элементы необходимы для окончательного сглаживания пульсаций выходного напряжения.

У подобной реализации есть несколько узких мест, которые осложняют использование современных БП: так, например, при использовании групповой стабилизации возникает зависимость конкретного выходного напряжения от нагрузки не только на его шину, но и на все остальные.

Чем отличаются БП «нижней ценовой категории» от качественных (и дорогих) блоков питания? Прежде всего установкой элементов, рассчитанных на более низкие токи, применением конденсаторов меньшей емкости, экономией на размерах радиаторов, а также заменой фильтрующих дросселей простыми перемычками. Однако все это мелочи, а вот основные различия следует выделить особо. Так, в нормальных блоках питания напряжение с выпрямителя поступает на схему коррекции фактора мощности (Power Factor Correction, PFC), тогда как дешевые блоки такими схемами не оснащаются.

Обычно в современных БП применяется пассивный PFC, и только в высококачественных — активная коррекция (Active PFC). Реализация питания с PFC приводит к уменьшению энергопотребления благодаря специальной цепи, обеспечивает большую эффективность и меньший нагрев блока. Впрочем, эффективность пассивного PFC невелика — измерения показывают, что КПД в таких блоках колеблется от 0,75 до 0,79 pf в зависимости от нагрузки (максимум приходится на нагрузку порядка 200 Вт), в то время как у блоков без коррекции фактора мощности он составляет около 0,7 pf, и лишь применение активной коррекции дает реальное увеличение фактора мощности — вплоть до 0,98 в лучших изделиях. Как правило, если производитель указывает наличие Active PFC в блоке, то заявляется об увеличении эффективности на 95% и выше, причем схема активной коррекции коэффициента мощности дает очень хороший результат во всем диапазоне нагрузок.

В настоящее время эффективность (КПД) принято отображать в значении pf (Power Factor) от 0 до 1, что, в принципе, то же самое, что и привычные проценты (к примеру, 80% КПД равен 0,8 pf).

Кроме того, для обеспечения стабильного напряжения и надежной работы в высококачественных БП используются модули, создающие условия для плавного включения и защиты от перегрузок. Напомним, что промежуточное напряжение в импульсных блоках питания достигает 300 В, то есть его пробои при выходе из строя каких-то ключевых элементов схемы (например, в результате перегрева БП) могут легко вывести из строя не только сам блок питания, но и компьютерные компоненты. Конечно, в таких случаях должна сработать защита, но чем дешевле блок питания, тем меньше на нее можно рассчитывать.

Да и сам перегрев БП может быть вызван не только остановкой некачественного вентилятора или недостаточно мощными радиаторами охлаждения в схеме (а плотность мощности обычно составляет 2-5 Вт/дюйм3, так что принудительное охлаждение необходимо), но и просто тем, что потребляемая нагрузкой мощность будет выше той, на которую реально рассчитан БП (ведь импульсный блок питания забирает из сети столько энергии, сколько потребляет нагрузка). Соответственно сила тока, протекающего по цепям блока, будет выше той, на которую рассчитаны проводники и элементы схемы, что приведет к сильному перегреву и, как следствие, к выходу блока питания из строя. Именно поэтому на выходе приличных БП стоят датчики выходной мощности, и защитная схема немедленно отключит блок питания, если реальная мощность нагрузки превысит максимальную расчетную мощность БП. Обратите внимание, что защита в современных БП, как правило, делается многоуровневой: и по максимальному току (Over Current), и по напряжению (Over Voltage), и по короткому замыканию (Short-Circuit protection), а иногда даже по температуре внутри блока. А вот в дешевых блоках питания такие защиты могут отсутствовать или будут срабатывать не очень надежно, и тогда перегрузка блока питания приведет не просто к его выключению, но и к полному выходу из строя. И хорошо если при этом сгорит только он сам, а не «потащит» за собой другие детали компьютера.

Конечно, при покупке дешевого БП можно перестраховаться и выбрать заведомо более мощное устройство, чем необходимо. Однако ниже мы поясним, что вовсе не обязательно БП большей мощности будет работать лучше, а кроме того, слишком большая мощность блока питания так же нежелательна, как и недостаточная. Ведь не секрет, что чем мощнее блок питания, тем больше потребление от сети, а следовательно, увеличивается лишнее тепловыделение в системном блоке, не говоря уже о больших счетах за электроэнергию.

Немного теории

то такое мощность? Это физическая величина, характеризующая энергию, отданную или полученную объектом в единицу времени. Соответственно мощность бывает выделяемая (выходная) и поглощаемая (потребляемая).

Мощность, как и энергия, бывает различных видов (механическая, электрическая, тепловая, акустическая, электромагнитная, волновая и т.п.), которые, в свою очередь, связаны с природой этой энергии.

Отношение выделяемой в ходе преобразования энергии мощности к потребляемой называется коэффициентом полезного действия (КПД), который характеризует эффективность этого преобразования.

Как известно из школьного курса физики, мощность для схемы постоянного тока прямо пропорциональна напряжению и силе тока:

P = I·U,

где I — сила тока, а U — напряжение.

Однако для переменного тока картина сложнее. Значение переменного (периодического) тока, равное такому значению постоянного тока, который за время одного периода произведет тот же самый тепловой или электродинамический эффект, что и периодический ток, называют действующим значением переменного тока. По теории электротехники:

Таким образом, подставляя в это выражение значение максимального (амплитудного) тока I_m для действующего значения синусоидального тока, получаем:

То есть действующие значения синусоидальных токов меньше своих амплитудных значений в 1,4 раза (корень из двух). Аналогичный результат можно получить и для напряжений.

В цепях переменного тока принято различать четыре вида мощности. Произведение тока на напряжение в данный момент времени называется мгновенной мощностью (instantaneous power) — это также произведение силы тока на напряжение, как для постоянного тока, и единицей измерения здесь часто является ВА (вольтЅампер). Отдельно определяется так называемая активная мощность (active power, average power), то есть мощность, выделяющаяся на нагрузке. Активная мощность целиком идет на полезную работу (нагрев, механическое движение), поэтому обычно именно ее понимают под потребляемой мощностью и измеряют в ваттах (Вт). Вычисляется активная мощность через интеграл от мгновенной мощности за определенный период:

Поскольку реальная нагрузка обычно имеет еще индуктивную и емкостную составляющие, то к активной мощности добавляется реактивная (reactive power), измеряемая в вольт-амперах реактивных — ВАР. Нагрузкой реактивная мощность не потребляется — полученная в течение одного полупериода сетевого напряжения, она полностью отдается обратно в сеть в течение следующего полупериода, впустую нагружая питающие провода. Таким образом, реактивная мощность совершенно бесполезна, и с ней по возможности борются, применяя различные корректирующие устройства.

Векторная сумма активной и реактивной мощностей дает полную мощность (apparent power) — соответственно квадрат полной мощности равен сумме квадратов активной P_act и реактивной Q мощностей:

P²_app = P²_act + Q².

На практике, однако, полная мощность вычисляется не через реактивную и активную, а как произведение среднеквадратичных значений (Root Mean Squared, RMS) тока и напряжения:

P_app = P_rms·P_rms.

Напряжение 220 В в бытовой электросети — это тоже среднеквадратичное значение. Отметим, что большинство измерительных приборов правильно показывает среднеквадратичные значения только тогда, когда форма напряжения или тока строго синусоидальная. Однако в импульсных блоках питания, не оборудованных схемами коррекции фактора мощности (PFC), потребляемый ток довольно далек от синусоидального, так что для его измерения необходимо использовать приборы, которые честно интегрируют измеряемые величины, иначе погрешность будет слишком велика. Поэтому измерить реальную мощность блока питания обычному пользователю не так-то просто.

Легче посчитать суммарную мощность всех комплектующих по постоянному току (отметим, что производители часто указывают для устройств с большим энергопотреблением значения пиковой мощности), и ее значение даст приблизительную оценку сверху для мощности источника питания, а половинная величина — оценку снизу (половина берется в соответствии с формулами для действующих значений напряжения и тока). Конечно, это очень грубая оценка, но даже она определенно доказывает, что мощность в 500-600 Вт для блоков питания — совершенно излишняя для современных пользовательских компьютеров (а ведь в продаже имеются БП и по 700-800 Вт). Впрочем, рабочие станции SGI Octane имеют 800-ваттные блоки питания, хотя их процессоры с MIPS-архитектурой потребляют энергии даже меньше, чем «бытовые» процессоры Pentium IV или AMD в компьютерах, предназначенных для широкого круга пользователей.

Токи потребления по цепям различного напряжения для винчестеров и CD-приводов обычно указываются на этикетках самих устройств (хотя приведенные там значения нередко расходятся даже со спецификациями самих дисков и бывает трудно понять, по какому принципу каждый из производителей наносит их на крышку устройства), а по некоторым другим компонентам можно найти информацию в специальных разделах для разработчиков материнских плат, процессоров и чипсетов (правда, эта информация часто закрыта от простых пользователей и предназначена только для специалистов).

Например, токи потребления современных процессоров Intel Pentium IV — 9,5-10,5 А по цепи +12 В. А потребление остальных комплектующих можно приближенно прикинуть по приведенной таблице.

Остается только перемножить значения тока (число в графе таблицы напротив устройства) со значением напряжения (число в заголовке столбца) и просуммировать по всем устройствам, имеющимся в вашем компьютере.

Отметим, однако, что данные в этой таблице весьма приблизительные и не могут дать полного представления о реальности. Ведь иногда производители указывают лишь верхние границы значений, иногда — типичные значения, а иногда их вообще сложно привязать к реальной ситуации, если сравнивать написанное с непосредственно измеренными данными. Тем не менее в спецификации такие значения обычно указывают и по ним можно сделать грубую прикидку.

Но этот расчет окажется верен только в том случае, если одновременно будут задействованы все компоненты. Однако система потребляет мощность неравномерно. Пики мощности приходятся на включение ПК или отдельных устройств (например, максимальное потребление винчестеров и CD/DVD-приводов приходится на их первоначальную раскрутку), аппаратную визуализацию сложной 3D-сцены видеокартой, увеличение вычислительной нагрузки на систему и т.д.

Инженеры-разработчики фирмы AMD рекомендуют производить подсчет требуемой мощности так: подсчитать мощность, потребляемую процессором, и прибавить к ней 80% от общей потребляемой мощности всех остальных компонентов. При этом необходимо следить, чтобы мощности потребления по цепям +3,3 и +5 В не превышали максимально допустимых значений для выбранного блока питания (таким же образом можно проверить ваш БП на готовность к будущему апгрейду). Так вот, если рассчитать современный компьютер по этой методике, получится мощность порядка 250-280 Вт.

При этом данные оценки в полтора-два раза превышают реально измеренные значения мощности, потребляемой блоком питания, и, тем не менее, БП мощностью 250-300 Вт не всегда заработает в современном компьютере, а если и будет работать, то нестабильно.

В чем же дело? Почему встречаются ситуации, когда современные компьютеры либо вообще отказываются работать на блоках питания мощностью 250-300 Вт, либо работают нестабильно (наиболее характерный признак нехватки мощности БП — самопроизвольные перезагрузки или зависания при запуске 3D-тестов, игр и даже программ для инженерных расчетов)?

Дело здесь не только в том, что для многих производителей блоков питания понятие мощности становится все более условным (указанное на этикетке значение мощности зачастую не согласуется даже с приведенными тут же токами нагрузки).

В современных компьютерах очень много компонентов питается от шины +12 В (здесь и процессор, и видеокарта, и привод головок винчестера, и двигатель DVD-ROM и т.д.). А раньше, когда основными потребителями были процессоры Athlon XP и Pentium III, они получали питание только из цепи +5 В. Соответственно и блоки питания проектировались таким образом, чтобы обеспечить достаточную силу тока только в этой, самой энергозатратной цепи.

Если же взять современные требования к блокам питания, например спецификацию стандарта ATX12V Power Supply Design Guide, и посмотреть на таблицы с рекомендуемой нагрузочной способностью для блоков питания различных мощностей, то оказывается, что выходные токи для БП предыдущих поколений, где было указано 300 и 350 Вт, теперь можно считать нормальными только для 200-ваттных блоков питания ATX12V. А некоторые мощные блоки предыдущих поколений уже вообще не удовлетворяют современным требованиям по одной или по нескольким цепям питания, хотя по общей маркировке и выглядят солидно. Вот и получается, что многие старые или дешевые БП просто не способны выдать указанную на них мощность. Поэтому при покупке блока питания следует обращать внимание не только на общую мощность, но и на отдельные токи по разным шинам (блоки с одинаковой заявленной мощностью могут серьезно различаться даже по указанным токам, не говоря уже о токах реальных).

Таким образом, блок питания следует рассматривать не как единое целое, а как блок, содержащий несколько независимых источников питания, и обращать внимание на максимальные значения тока для цепей +3,3, +5 и +12 В по отдельности. Кроме того, эти цепи нельзя одновременно максимально нагружать (для некоторых высококачественных БП указывается информация о максимальной комбинированной мощности по различным цепям попарно — это тоже можно считать одним из признаков хорошего производителя). Более дешевые варианты с менее громоздкими блоками питания рассчитаны на перераспределение мощности исходя из малой вероятности появления пика сигнала во всех каналах сразу.

При этом при покупке блока питания для современной системы в первую очередь следует обратить внимание на характеристики цепи +12 В. Максимальная сила тока в цепи +12 В не должна быть ниже 15-16 А. В противном случае вы получите нестабильную систему независимо от полной мощности БП.

Стандарты питания

локи питания, рассчитанные на мощность в 200-250 Вт (что по современным меркам чрезвычайно мало), обычно выполнены в компактных корпусах и используются в формфакторах microATX, SlimATX и flexATX. Блоки такой мощности в формфакторе ATX уже не выпускают, а если они где-то и продаются, то соответствуют низшей ценовой категории, что, разумеется, отражается на их конструкции и качестве. Блоки ATX-формата, как правило, уже не отвечают стандарту ATX12V (для соответствия этому стандарту максимально допустимый ток по шине +12 В должен быть как минимум 10 А даже у БП малой мощности) и не имеют четырехконтактных разъемов ATX12V (Р4 ready), необходимых для подключения большинства современных материнских плат. Иногда можно встретить довольно качественные БП предыдущего поколения, где необходимый четырехконтактный разъем выполнен в виде съемного переходника с разъема Molex (так называется разъем питания винчестера или CD-привода). Однако мы предостерегаем вас от установки такого блока в современный компьютер. Дело в том, что даже мощные блоки предыдущего поколения (300-400 Вт), изначально не рассчитанные на требования ATX12V, могут нестабильно работать в современной системе, если им не будет хватать мощности только по одной какой-нибудь шине питания (как правило, это питание на 12 В). Узнать это можно по указанным максимально допустимым токам на выходах +12, +5 и +3,3 В (иногда их значения есть на табличке, находящейся на БП, или содержатся в описании на сайте производителя) — и если хотя бы одно из этих значений меньше требуемых по стандарту ATX12V, то использовать такой блок в современной системе по меньшей мере неосмотрительно. А если у вас уже стоит такой блок, скажем на 400-450 Вт, и при этом возникают подозрения в нехватке мощности, то не стоит искать дорогие БП мощностью в 500-600 Вт, а имеет смысл просто попробовать более современные качественные блоки питания мощностью всего лишь 350-400 Вт.

В настоящее время блоки питания стандарта АТХ вообще сходят с прилавков, уступая место новым версиям с поддержкой стандартов ATX12V, EPS12V (для серверов) и AMD-GES. Однако некоторые продавцы продолжают называть новые БП, например, АТХ 2.0 (что абсолютно неправильно) или просто Р4 Ready, что давно уже не отражает их сути.

На самом деле стандарт ATX12V сформировался как дополнение к стандарту АТХ Specifications 2.0, которое описывало блоки питания для новых процессоров с увеличенным потреблением. С тех пор уже появились спецификации ATX12V и 2.01, и 2.03, и 2.13, и 2.2 и т.д. Новые стандарты отражают особенности питания плат PCI Express, винчестеров Serial ATA, а также других новых технологий, но все они относятся к стандарту ATX12V.

Суть перехода с ATX на ATX12V состояла в том, что процессоры начали потреблять такую мощность, что при питании их стабилизаторов от шины +5 В ток превосходил разумные пределы (напомним, что мощность равна произведению тока на напряжение, поэтому чем ниже напряжение, тем выше должен быть ток для достижения той же мощности). Выход нашли в применении питания от шины +12 В, а так как к разъему питания материнской платы был подведен всего один провод этой шины и при больших токах возникала опасность перегрева и обгорания соответствующего контакта разъема, то в ATX12V был введен дополнительный 4-контактный разъем, два контакта которого задействованы под «землю» и еще два — под питание +12 В.

Помимо устранения описанной выше проблемы, этот разъем позволил также упростить дизайн материнской платы. Он значительно меньше стандартного разъема питания, и потому его можно разместить непосредственно у стабилизатора процессора и чипсета, избавившись от необходимости прокладывать по плате широкие дорожки, рассчитанные на большой ток от разъема питания до стабилизатора.

Упоминание о пригодности для работы с Pentium 4 такие блоки получили только из-за того, что этот разъем первоначально использовался лишь на материнских платах для процессоров компании Intel (это не снимало проблемы с питанием у процессоров AMD, и процессоры Athlon также стали питаться от шины +12 В, однако 4-контактного разъема не использовали, видимо, исключительно по «политическим» соображениям).

В рамках данной статьи нам в первую очередь интересны требования стандарта ATX12V к выходным напряжениям и токам блока питания. Для напряжений оговариваются максимальные их отклонения от номинала — до 5% для положительных напряжений и до 10% — для отрицательных при всех допустимых условиях эксплуатации. Для шины +12 В при пиковой нагрузке допускается отклонение до 10%.

Разъемы питания

итание для современных материнских плат можно условно разделить на две части: осуществляющееся через 20- или 24-контактный разъем питания и дополнительное, где применяется 4-, 6- или 8-контактные разъем, который обычно располагается вдалеке от 20/24-контактного, ближе к процессору, а точнее к его стабилизаторам питания.

20-контактный разъем использовался в стандартах АТХ вплоть до версии 2.1, в ATX12V до версии 1.3, а также в серверном стандарте EPS12V ранних версий. 24-контактный разъем питания появился позже — в стандартах АТХ 2.2/АTX12V 2.0, а также в EPS12V новых версий. Разница между 20- (его до сих пор называют ATX-разъемом) и 24-контактным разъемами питания минимальна: двадцать крайних контактов у обоих разъемов одинаковые (даже физически совпадает разводка контактов), а в 24-пиновом (его иногда называют Extended АТХ или просто EATX) добавлены еще четыре контакта расширения (Extended): +12, +3,3, +5 В и GND (земля). Иногда эти четыре контакта конструктивно выполнены отдельно и как бы подстыковываются к основной, 20-контактной вилке в том случае, если на материнской плате встретилась 24-контактная розетка (это составной 24-контактный разъем). Также можно вспомнить, что существуют другие разъемы питания (20- и 24-контактные), у которых отсутствует провод питания –5V, так как это не предусмотрено стандартом.

Вторая группа — дополнительные разъемы питания — весьма существенна для современных компьютерных систем и применяется вовсе не в дополнение, а как основная питающая магистраль. Стандартные 4-контактные разъемы (которые также называют ATX12V или Р4 Ready) определяются в стандарте ATX12V начиная с версии 1.0. Этот разъем используется для основного питания процессоров Intel и AMD.

Еще в блоках питания бывают 6-контактные разъемы, которые могут отличаться. Дело в том, что существуют так называемые рядные разъемы (AUX) и прямоугольные (которые тоже называют Р4 Ready или просто P4). Рядный разъем применялся для питания старых процессоров Intel и появился вместе с ATX12V версии 1.3, а прямоугольный (несовместимый с ним по конфигурации) используется в серверных блоках питания стандарта EPS12V для процессоров Intel Xeon.

Помимо вышеописанных, в современном блоке питания может присутствовать разъем питания видеокарты формфактора PCI-Express. Он тоже 6-контактный, с проводниками, расположенными в два ряда: три контакта по +12 В и три контакта GND (земля). Но смотрите не перепутайте этот разъем с вышеописанными! Ведь, в принципе, запихнуть его в материнскую плату возможно, но это вызовет короткое замыкание.

Широкий 8-штырьковый разъем (который иногда называют также АТХ12V, но правильнее относить его к серверным платам стандарта EPS12V) используется для питания серверных процессоров Хeon и Opteron, а также «бытовых» двухъядерных процессоров Intel и АMD.

Последний взгляд

а рынке блоков питания в последние годы царит некоторая неразбериха. Производители, стараясь снизить цену на готовый продукт, экономят на критичных элементах конструкции и качестве компонентов, а также предоставляют заведомо ложные сведения о параметрах выпускаемых устройств. В результате пользователь или сборщик ПК, ориентирующийся только на заявленные характеристики БП, рискует попасть в ситуацию, когда сэкономленные деньги обернутся намного более значительными потерями — частыми сбоями и зависаниями системы вплоть до выхода из строя ключевых компонентов компьютера. А в жару, когда к неблагоприятным факторам добавляется высокая температура воздуха, учащаются и случаи выхода из строя самих БП.

Итак, у нас в руках железная коробка с отверстиями и жгутом проводов питания. Как оценить ее качество и пригодность для наших целей?

Металлический корпус БП является электромагнитным экраном, необходимым для соблюдения требований по «электромагнитной совместимости». Так что чем толще стенки, тем лучше. Еще одной важной характеристикой качественного БП является его внушительный вес (помимо стенок он будет определяться радиаторами охлаждения, качественными дросселями и другими элементами, необходимыми для обеспечения стабильной работы). Если через вентиляционные отверстия в стенках удалось увидеть «пустые места» на плате, то скорее всего изготовитель сэкономил на противопомеховых фильтрах (не установил дроссели), на элементах защиты или на конденсаторах большой емкости (а конденсаторы способны заметно сгладить скачки потребления небольшой продолжительности). Одним словом, посадочные места под нераспаянные элементы должны отсутствовать и коробочка должна быть заполнена довольно плотно.

Кроме того, косвенным признаком действительно мощного БП является наличие большого числа разъемов для подключения различных внутренних устройств (от восьми и более). Для вывода шнуров питания в мощных блоках должны использоваться толстые соединительные провода сечением не менее 18 AWG. Отметим, что AWG (American Wire Gauge standard) — это специальная классификация проводов, согласно которой большему сечению провода соответствует меньшее значение AWG. Это сечение измерять не надо — соответствующая маркировка наносится на изоляцию проводов. По этому стандарту для проводов блока питания мощностью до 300 Вт нормальным сечением является 18AWG. А вот для блоков питания большей мощности уже необходимо 16AWG. Если же при заявленной высокой мощности сечение проводов соответствует 20AWG — это верный признак блока питания невысокого качества.

Немаловажный критерий при выборе блока питания — это его шумность. Дешевые БП зачастую не имеют системы автоматической регулировки оборотов вентилятора, и по этой причине вентиляторы в них всегда работают на предельных скоростях, заглушая все другие имеющиеся в системе источники шума. В более качественных БП вентиляторы включены через терморегулятор, управляющий скоростью их вращения в зависимости от температуры радиатора с диодными сборками. А на многих высококачественных блоках датчик скорости вращения вентилятора выведен отдельным проводом, чтобы его можно было подключить к системе мониторинга материнской платы или вывести на внешний регулятор. Сегодня в блоках питания все чаще применяются большие низкооборотные и малошумные вентиляторы, размером 120 или даже 140 мм. И наконец, существуют полностью безвентиляторные БП с системами пассивного охлаждения (как, например, серия блоков Thermaltake Silent PurePower FanLess).

Кстати, из отрицательных моментов недостаточно качественных БП большой мощности можно отметить сильный нагрев таких блоков при работе с полной нагрузкой.

Для лучшей теплоотдачи радиаторы в некоторых дорогих БП даже зачернены — впрочем, эффективность такой меры может оказаться заметной только для безвентиляторных БП, так как при активном воздушном охлаждении радиаторов теплоотдачей за счет пассивного излучения тепла с поверхности фактически можно пренебречь.

Важно отметить, что вентиляторы получают питание из той же 12-вольтовой цепи, что и большинство других компонентов компьютера, так что при всей опасности перегрева процессора, дисков или графических плат, злоупотреблять дополнительными вентиляторами в ПК тоже не стоит. Если вы установите слишком много вентиляторов в корпусе, то это может привести к снижению стабильности системы по цепи +12 В. Так что не спешите добавлять дополнительные вентиляторы, если характеристики блока питания находятся на пределе требуемой мощности.

Конечно, при покупке нового БП крышку с него снять не удастся, но если вы читали обзоры или спецификации, то можете заметить, что в нормальных блоках питания помимо сетевого фильтра на входе дросселями должны быть оборудованы и все выходы — для того чтобы гасить высокочастотные помехи, возникающие при переключении транзисторов инвертора.

Показателем качества блока питания служат и номинальные емкости используемых конденсаторов. На входе, в высоковольтной части, должны стоять конденсаторы по 800-1000 мкФ, а на выходах +12, +5 и +3,3 В — конденсаторы емкостью 3000-5000 мкФ.

После установки нового оборудования (дисков или даже внешних USB-устройств с питанием от компьютера), а тем более при более глубоком апгрейде системы желательно проверить стабильность выходного напряжения по всем цепям в реальной работе. Для этого существуют различные утилиты, которые позволяют наблюдать и записывать характеристики питания в реальном времени. Обычно они идут в комплекте с программным обеспечением к материнской плате (типа motherboard monitor). Можно попробовать нагрузить блок питания, заставив активно работать процессор. Если никакой «нагружающей» программы под рукой нет, то можно вызвать, например, архиватор или стандартный калькулятор (calc.exe) и посчитать какой-нибудь безумный факториал (например, 1 000 000!). Существуют также специализированные тесты, нагружающие видеоподсистему, но если такого теста под рукой нет, то можно воспользоваться и какой-нибудь достаточно сложной 3D-игрой (наиболее частый признак нехватки мощности БП — это перезагрузки или зависания при запуске 3D-тестов и игр).

И наконец, при покупке блока питания всегда необходимо оставлять определенный запас мощности. Это связано не только с возможностью будущих апгрейдов и с установкой дополнительного оборудования. Ведь, как показывает практика, производители БП часто завышают указываемую мощность своих БП примерно на 30-50 Вт от реальной. Так что не стоит подходить к проектированию системы без всякого запаса. При приближении к потолку своих возможностей БП неизбежно будет терять стабильность, особенно в случае длительной эксплуатации. Кроме того, следует учитывать сезонное изменение условий работы, повышение влажности весной и осенью и температуры окружающей среды летом, а также износ и загрязнение самого БП. Например, на работу блока питания очень сильно влияет его запыленность, поскольку пыль является и термоизолятором, препятствующим охлаждению элементов схем, и помехой в работе вентиляторов, и прекрасным проводником статического электричества. Так что пыль во всех отношениях опасна для компьютера, и при повышении потребляемой мощности (то есть повышении напряжения при включении какого-либо устройства) может вызвать статический разряд в системе и вывести из строя какой-либо из ее компонентов.

КомпьютерПресс 5'2006