Блоки питания — включение в обзор корпусов


Поскольку в настоящее время практически невозможно приобрести корпус ПК без блока питания, похоже, самое время добавить в число материалов, посвященных рассмотрению корпусов и обзоры блоков питания — на начальном этапе — хотя бы в минимальном объеме. Что подразумевается под минимальным объемом? Согласно основополагающим документам, спецификации ATX (версия 2.2 в настоящее время) и руководству по разработке блоков питания ATX12V Power Supply Design Guide (версия 2.01 в настоящее время), при тестировании блоков рекомендуется обращать внимание на несколько параметров, включая КПД, стабильность напряжений, величину пульсаций по основным шинам, защиту от короткого замыкания и т.д.

Под «минимальным объемом тестирования» я понимаю проведение испытаний, которые, в первую очередь, не сильно увеличат продолжительность проведения обзоров корпусов и по времени, и по подготовке необходимого инструментария. Говоря конкретнее, наиболее простыми параметрами, которые я смогу измерять, пока являются выходные напряжения (и их стабильность при работе с искусственными нагрузками), а также величина шумов по каждой из питающих шин. Нагрузка, вольтметр и осциллограф — вряд ли потребуется что-то помимо этого оборудования.

Немного теории

На текущий момент производителям блоков питания рекомендуется ориентироваться при разработке на ATX12V Power Supple Design Guide версии 2.01 от июня 2004 года, а также, разумеется, на спецификации ATX (системные платы) версий 2.03 и поздних (по мере появления). Наиболее заметными изменениями (касающимися, разумеется, блоков питания ATX12V), появившимися в предпоследней версии PSDG (которые упомянуты в версии 2.01 и будут актуальны для более поздних ревизий), стали:

  • Требования к мощности. Продолжает увеличиваться потребляемая мощность системных компонентов, к которым подводится питание +12 В, поэтому в последних версиях спецификации особо обращается внимание, что если потребляемый таким устройством ток по +12 В превышает 18 А, необходимо оснащать блоки (и платы) дополнительным разъемом +12 В
  • Минимальный КПД блоков должен составлять 70% при полной и «типичной» (50%) нагрузке и 60% при низкой нагрузке (20%). КПД является одним из важных параметров блока; согласно спецификации, для всех блоков питания оговорены требования по минимальному и рекомендуемому КПД при разных степенях нагрузки, а также для каждого из типов блоков питания (в зависимости от мощности) — конкретные параметры нагрузки по каждой шине:
  •   Полная нагрузка Типичная нагрузка Низкая нагрузка
    Требуемый минимальный КПД 70% 60%
    Рекомендованный минимальный КПД 75% 80% 68%

    Таблица нагрузок для измерения КПД
      +12 V1 +12 V2 +5 V +3,3V -12V +5Vsb
    250 Вт блок (А)
    Полная 4 11,5 6,8 6,5 0,3 1,0
    Типичная 3 5 3 4 0,1 1,0
    Низкая 2 2,4 0,3 0,5 0,0 1,0
    300 Вт блок (А)
    Полная 7 12 8 7,5 0,2 1,0
    Типичная 4 8 3 4 0,1 1,0
    Низкая 2 2 0,5 1,5 0,0 1,0
    350 Вт блок (А)
    Полная 10 13 9 10 0,3 1,0
    Типичная 5 9 3 5 0,1 1,0
    Низкая 3 3 1,0 2,0 0,0 1,0
    400 Вт блок (А)
    Полная 12 14 9 11 0,3 1,0
    Типичная 5 9 3 5 0,1 1,0
    Низкая 3 3 1 3 0,0 1,0
  • Основной разъем питания БП, имевший 20 контактов (2 ряда × 10) заменен разъемом с 24 контактами (2 ряда × 12), что, в частности, сделано для удовлетворения требований по 75 Вт энергопотреблению устройств PCI Express. Назначение контактов осуществляется в соответствии с требованиями SSI. С добавлением количества контактов под напряжения +12, +5 и +3,3 В отпала необходимость в реализации разъема дополнительного питания Aux Power, в результате чего в спецификации удалены все упоминания о нем
  • Введены отдельные ограничения тока по 12V2 на дополнительном разъеме питания (4-контактный, 2 × +12 В, 2 × «земля»)

Стабильность выходных напряжений по основным шинам питания блока — один из наиболее интересных моментов, поскольку в разных документах некоторое время назад были отмечены разночтения, в настоящее же время ситуация более-менее стабилизировалась (согласно ATX ver.2.2, раздел 4.1.4, требования к питанию материнской платы выглядят так):

Выход Предел отклонения (%) Мин. (В) Номинал (В) Макс. (В)
+12 V1 ±5 +11,40 +12,0 +12,60
+12 V21
+5 V +4,75 +5,0 +5,25
+3,3 V2 +3,14 +3,30 +3,47
-12 V ±10 -10,80 -12,0 -13,20
+5 Vsb ±5 +4,75 +5,0 +5,25

1 при пиковой нагрузке отклонения выходного напряжения +12 В могут составлять ±10%
2требуется устойчивое питание на основном разъеме и разъеме S-ATA (если используется).

Кроме того, в спецификации отмечено, что выходные напряжения не должны выходить за пределы допуска при изменениях нагрузки с частотой от 50 Гц до 10 кГц на 50% от максимально допустимой по шине +12 В и на 30% от максимально допустимой по шинам +5В и +3,3В, причем, это справедливо и для того случая, когда нагрузка одновременно изменяется в одну сторону (растет или уменьшается) на всех шинах. Скорость изменения нагрузки может достигать 1 А/мкс и при этом может комбинироваться с максимально допустимой емкостной нагрузкой (20000 мкФ по шине +12В, 10000 мкФ по шине +5В и 6000 мкФ по шине +3,3В):

Напряжение Величина изменения нагрузки (% от данных по току, см. таблицу распределения мощностей) Макс. величина изменения тока, А
+12V1 40    
+12V2 60
+5V 30
+3,3V
-12V    0,1
+5Vsb 0,5

Говоря о пульсациях, стоит отметить, что, согласно спецификации, величина колебаний и пульсаций (периодические или произвольные сигналы в диапазоне частот 10 Гц-20 МГц) выходных напряжений в зависимости от шины выглядит так:

Выход Макс. пульсации (mVpp)
+12V1 120
+12V2 120
+5V 50
+3,3V 50
-12V 120
+5Vsb 50

Мысли вслух

Еще одной сложностью, с которой встречается любой человек, сталкивающийся с блоками питания (то есть, практически каждый пользователь ПК), является тот факт, что производители заявляют в зависимости от своей скромности совершенно разные максимальные токи для питающих шин, соответственно, выработать единый подход для нагрузки блоков одной «весовой категории» сложно, хотя и можно. Смысла в нагрузке блока питания, слепо исходя из заявленных производителем характеристик, разумеется, нет: вероятность того, что блок не выдержит нагрузки становится слишком большой. С целью выработки более-менее стандартизированного подхода «законодатели мод» используют такое понятие, как «кросс-нагрузка» — распределение нагрузок по различным шинам. В Power Supply Design Guide приведены «ознакомительные» таблицы и графики кросс-нагрузок, которые, как необходимо отметить, не могут рассматриваться в качестве рекомендованных для соблюдения производителями блоков.

250 Вт блок ATX12V
  Мин.ток (А) Макс. ток (А) Пиковый ток (А)
+12V1 1 8 10
+12V2 1 14  
+5V 0,3 18  
+3,3V 0,5 17  
-12V 0 0,3  
+5Vsb 0 2 2,5
300 Вт блок ATX12V
  Мин.ток (А) Макс. ток (А) Пиковый ток (А)
+12V1 1 8 10
+12V2 1 14  
+5V 0,3 20  
+3,3V 0,5 20  
-12V 0 0,3  
+5Vsb 0 2 2,5
350 Вт блок ATX12V
  Мин.ток (А) Макс. ток (А) Пиковый ток (А)
+12V1 1 10 12
+12V2 1 15  
+5V 0,3 21  
+3,3V 0,5 22  
-12V 0 0,3  
+5Vsb 0 2 2,5
400 Вт блок ATX12V
  Мин.ток (А) Макс. ток (А) Пиковый ток (А)
+12V1 1 14 16
+12V2 1 15  
+5V 0,3 28  
+3,3V 0,5 30  
-12V 0 0,3  
+5Vsb 0 2 2,5

Эти таблицы теоретически могут быть полезны при ответе на часто задаваемый вопрос, «А хватит ли для моей системы блока питания такой-то мощности?», но — только теоретически. Для однозначного ответа необходимо знать точное энергопотребление каждого конкретного компонента системы и возможностей конкретного блока питания. Разумеется, расчет энергопотребления системы можно сделать и исходя из теоретических выкладок (опираясь на данные datasheet'ов, например), но все равно, говоря о способности блока питания «потянуть систему», необходимо подбирать его под каждую конкретную систему.

Выводы

В ближайшее время предстоит расширить обзоры предлагаемых нам корпусов кратким ознакомлением с блоками питания, поставляемыми с ними. В частности, предполагается показать стабильность выдаваемых напряжений блоков при различной нагрузке, а также изучить величину пульсаций по основным шинам питания. Для чего это надо? Эти параметры позволят хотя бы частично оценить, насколько стабильным и качественным будет питание различных компонентов системы.

Вполне вероятно, что, помимо блоков, поставляемых с корпусами, придется «потренироваться» на отдельных блоках питания, имеющихся в нашем распоряжении — для отработки навыков, «обкатки» процесса тестирования и изучения возможности расширения тестов.

В качестве нагрузки блоков питания будут использованы нагрузочные блоки SL-300 от корейской компании Unicorn. Для проверки стабильности выходных напряжений блоков на трех шинах (+12, +3,3 и +5 В) будет создаваться переменная нагрузка, изменяющаяся циклично в пределах, упомянутых в таблице, по которой в PSDG предлагается оценивать КПД блока, изменения нагрузок по всем шинам будет одновременным. На остальных шинах питания блока нагрузка будет постоянной, в качестве нагрузки будут выступать обычные проволочные резисторы.

Для измерения пульсаций по шинам на каждую шину будет подаваться максимальное (исходя из названной выше таблицы) значение, соответствующее «полной» нагрузке, и сниматься осциллограмма.




Дополнительно

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.