Блок питания для компьютера википедия – Компьютерный блок питания — Википедия

Компьютерный блок питания — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Компьютерный блок питания (или сокращенно — блок питания, БП) — вторичный источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электроэнергией постоянного тока путём преобразования сетевого напряжения до требуемых значений.

Также в состав компьютера могут входить блоки преобразования уровня напряжения следующей ступени — третичные блоки питания и т. д. Примером таких преобразователей могут служить модуль питания центральных процессоров (в том числе модернизируемых), графических процессоров, а также устройства, требующие повышения напряжения или изменения характеристик тока — переменного, с изменением фазы.

Модуль третичного питания центрального процессора, частично закрыт радиаторами охлаждения Модуль-переходник для установки процессора 80486DX4 с преобразователем напряжения в 3,3 вольта из 5

В некоторой степени блок питания также выполняет функции стабилизации и защиты от незначительных помех питающего напряжения. Как компонент, занимающий значительную часть внутри корпуса компьютера, несет в своём составе (либо монтируемые на корпусе БП) компоненты охлаждения частей внутри корпуса компьютера.

wiki2.red

Компьютерный блок питания Википедия

Компьютерный блок питания (или сокращённо — блок питания, БП) — вторичный источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электроэнергией постоянного тока путём преобразования сетевого напряжения до требуемых значений.

Также в состав компьютера могут входить блоки преобразования уровня напряжения следующей ступени — третичные блоки питания и т. д. Примером таких преобразователей могут служить модуль питания центральных процессоров (в том числе модернизируемых), графических процессоров, а также устройства, требующие повышения напряжения или изменения характеристик тока — переменного, с изменением фазы.

Модуль третичного питания центрального процессора, частично закрыт радиаторами охлаждения Модуль-переходник для установки процессора 80486DX4 с преобразователем напряжения в 3,3 вольта из 5

В некоторой степени блок питания также выполняет функции стабилизации и защиты от незначительных помех питающего напряжения. Как компонент, занимающий значительную часть внутри корпуса компьютера, несёт в своём составе (либо монтируемые на корпусе БП) компоненты

ru-wiki.ru

Блок питания Википедия

Вторичный источник электропитания — устройство, которое преобразует параметры электроэнергии основного источника электроснабжения (например, промышленной сети) в электроэнергию с параметрами, необходимыми для функционирования вспомогательных устройств.^[1]

Источник вторичного электропитания может быть интегрированным в общую схему (обычно в простых устройствах; либо когда необходимо регулирование (установка, изменение) и стабилизация напряжения в определённом диапазоне в т. ч. динамически — например материнские платы разнообразных компьютеров имеют встроенные преобразователи напряжения для питания ЦП и др. различных ИМС, модулей и ПУ; либо когда недопустимо даже незначительное падение напряжения на подводящих проводах), выполненным в виде модуля (блока питания, стойки электропитания и так далее), или даже расположенным в отдельном помещении (цехе электропитания).

Задачи вторичного источника электропитания

• Обеспечение передачи мощности — источник электропитания должен обеспечивать передачу заданной мощности с наименьшими потерями и соблюдением заданных характеристик на выходе без вреда для себя. Обычно мощность источника питания берут с некоторым запасом.
• Преобразование формы напряжения — преобразование переменного напряжения в постоянное, и наоборот, а также преобразование частоты, формирование импульсов напряжения и т. д. Чаще всего необходимо преобразование переменного напряжения промышленной частоты в постоянное.
• Преобразование величины напряжения — как повышение, так и понижение. Нередко необходим набор из нескольких напряжений различной величины, для питания различных цепей.
• Стабилизация — напряжение, ток и другие параметры на выходе источника питания должны лежать в определённых пределах, в зависимости от его назначения при влиянии большого количества дестабилизирующих факторов: изменения напряжения на входе, тока нагрузки и так далее. Чаще всего необходима стабилизация напряжения на нагрузке, однако иногда (например, для зарядки аккумуляторов) необходима стабилизация тока.
• Защита — напряжение, или ток нагрузки в случае неисправности (например, короткого замыкания) каких-либо цепей может превысить допустимые пределы и вывести электроприбор, или сам источник питания из строя. Также во многих случаях требуется защита от прохождения тока по неправильному пути: например прохождения тока через землю при прикосновении человека или постороннего предмета к токоведущим частям.
• Гальваническая развязка цепей — одна из мер защиты от протекания тока по неверному пути.
• Регулировка — в процессе эксплуатации может потребоваться изменение каких-либо параметров для обеспечения правильной работы электроприбора.
• Управление — может включать регулировку, включение/отключение каких-либо цепей, или источника питания в целом. Может быть как непосредственным (с помощью органов управления на корпусе устройства), так и дистанционным, а также программным (обеспечение включения/выключения, регулировка в заданное время или с наступлением каких-либо событий).
• Контроль — отображение параметров на входе и на выходе источника питания, включения/выключения цепей, срабатывания защит. Также может быть непосредственным или дистанционным.

Чаще всего перед вторичными источниками питания стоит задача преобразования электроэнергии из сети переменного тока промышленной частоты (например, в России — 240 В 50 Гц, в США — 120 В 60 Гц).

Две наиболее типичных конструкции — это трансформаторные и импульсные источники питания.

Трансформаторный

Линейный блок питания Схема простейшего трансформаторного источника питания без стабилизации с двухполупериодным выпрямителем

Классическим блоком питания является трансформаторный БП. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение. Затем устанавливается выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное (пульсирующее однонаправленное). В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). Иногда используются и другие схемы, например, в выпрямителях с удвоением напряжения. После выпрямителя устанавливается фильтр, сглаживающий колебания (пульсации). Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков (варисторы), защиты от короткого замыкания (КЗ), стабилизаторы напряжения и тока.

Габариты трансформатора

Из 3-го уравнения Максвелла rotE→=−∂B→∂t,{\displaystyle \mathrm {rot} \,{\vec {E}}=-{\frac {\partial {\vec {B}}}{\partial t}},} являющегося математической записью закона электромагнитной индукции Фарадея следует, что ЭДС E1{\displaystyle E_{1}}, наводимая в одном витке обмотки, охватывающем изменяющийся во времени магнитный поток Φ{\displaystyle \Phi } равна:

E1=dΦdt.{\displaystyle E_{1}={\frac {d\Phi }{dt}}.}

При синусоидальном изменении Φ{\displaystyle \Phi } вида:

Φ(t)=Φ0⋅sin(ωt),{\displaystyle \Phi (t)=\Phi _{0}\cdot sin(\omega t),}

где Φ0{\displaystyle \Phi _{0}} — амплитудное (максимальное) значение Φ,{\displaystyle \Phi ,}

ω{\displaystyle \omega } — угловая частота,

t{\displaystyle t} — время,

следует:

E1(t)=Φ0⋅ω⋅sin(ωt),{\displaystyle E_{1}(t)=\Phi _{0}\cdot \omega \cdot sin(\omega t),}

Магнитный поток связан с магнитной индукцией B{\displaystyle B}^[2] формулой:

Φ=B⋅S,{\displaystyle \Phi =B\cdot S,}

где S{\displaystyle S} — площадь витка.

При практически важном в трансформаторах синусоидальном изменении B(t){\displaystyle B(t)} по закону:

B(t)=B0⋅sin(ωt),{\displaystyle B(t)=B_{0}\cdot sin(\omega t),}

где B0{\displaystyle B_{0}} — амплитудное (максимальное) значение индукции в сердечнике (магнитопроводе) трансформатора.

Поэтому ЭДС одного витка вторичной обмотки в трансформаторах, первичная обмотка которых питается синусоидальным током и ферромагнитный магнитопровод которых не заходит в магнитное насыщение выражается формулой:

E1(t)=B0⋅S⋅ω⋅sin(ωt).{\displaystyle E_{1}(t)=B_{0}\cdot S\cdot \omega \cdot sin(\omega t).}

На практике и при расчётах трансформаторов применяется не амплитудное, а среднеквадратическое (эффективное) значение ЭДС или напряжения, которое в случае синусоидального изменения связано с амплитудным значением ЭДС выражением:

Eeff=22E0.{\displaystyle E_{eff}={\frac {\sqrt {2}}{2}}E_{0}.}

Подставляя последнюю формулу в выражение ЭДС для одного витка и учитывая, что

ω=2⋅π⋅f,{\displaystyle \omega =2\cdot \pi \cdot f,} f{\displaystyle f} — частота, имеем основную формулу для расчёта числа витков обмоток трансформатора так как ЭДС обмотки прямо пропорционально числу витков в обмотке:

Eeff1=2⋅π⋅B0⋅S⋅f≈4,43⋅B0⋅S⋅f,{\displaystyle E_{eff1}={\sqrt {2}}\cdot \pi \cdot B_{0}\cdot S\cdot f\approx 4,43\cdot B_{0}\cdot S\cdot f,}

где Eeff1{\displaystyle E_{eff1}} — эффективная ЭДС одного витка.

Мощность P{\displaystyle P}, отдаваемая вторичной обмоткой трансформатора:

P=U⋅I,{\displaystyle P=U\cdot I,}

где U{\displaystyle U} — напряжение обмотки под нагрузкой,

I{\displaystyle I} — ток обмотки.

Так как максимальный ток обмотки ограничен предельной плотностью тока в проводниках обмотки при заданном их сечении и U∼Eeff1{\displaystyle U\sim E_{eff1}}, отсюда следует, что для повышения мощности трансформатора без изменения его размеров следует повышать B0{\displaystyle B_{0}} и/или f{\displaystyle f}.

Существенному повышению B0{\displaystyle B_{0}} препятствует явление магнитного насыщения сердечника. При насыщении, которое наступает в экстремумах тока первичной обмотки в течение периода, во-первых, падает реактивное сопротивление первичной обмотки, что вызывает увеличение тока холостого хода и увеличение нагрева обмотки за счёт омического сопротивления, и, во-вторых, увеличиваются потери на гистерезис, вызванные перемагничиванием магнитопровода, так как увеличивается площадь петли гистерезиса, что вызывает повышение потерь на тепло в магнитопроводе.

С точки зрения потерь в магнитопроводе следует как можно больше снижать максимальную индукцию в магнитопроводе (Bm{\displaystyle B_{m}}), но такой подход экономически нецелесообразен, так как при прочих равных увеличивает габариты и материалоёмкость трансформатора. Поэтому Bm{\displaystyle B_{m}} в магнитопроводе выбирают исходя из разумного компромисса. Причем для трансформаторов малой мощности Bm{\displaystyle B_{m}} увеличивают, а для мощных трансформаторов — уменьшают. Это обусловлено тем, что магнитопровод у малогабаритного трансформатора охлаждается эффективнее, чем у крупных трансформаторов. Для электротехнических сталей в трансформаторах промышленной частоты Bm{\displaystyle B_{m}} выбирают в пределах 1,1—1,35 Тл в трансформаторах мощностью до сотен Вт и от 0,7 до 1,0 Тл для мощных трансформаторов распределительных подстанций.

Исходя из Bm{\displaystyle B_{m}} применяется практическая формула, полученная подстановкой в теоретическое значение ЭДС витка заданного значения Bm{\displaystyle B_{m}} и частоты 50 Гц:

Eeff1=S33...70,{\displaystyle E_{eff1}={\frac {S}{33...70}},}

Здесь S{\displaystyle S} выражено в см², Eeff1{\displaystyle E_{eff1}} — в вольтах. Меньшие значения знаменателя выбирают для маломощных трансформаторов, большие — для мощных.

Другой путь повышения мощности трансформатора — повышение рабочей частоты. Приблизительно можно считать, что при заданных размерах трансформатора его мощность прямо пропорциональна рабочей частоте. Поэтому увеличение частоты в k{\displaystyle k} раз при неизменной мощности позволяет уменьшить размеры трансформатора в ∼k{\displaystyle \sim {\sqrt {k}}} раз (площадь сечения магнитопровода уменьшается в ∼k{\displaystyle \sim k} раз), или, соответственно, его массу в ∼k3/2{\displaystyle \sim {\sqrt[{3/2}]{k}}} раз.

В частности, в том числе и этими соображениями, в силовых бортовых сетях летательных аппаратов и судов обычно применяется частота 400 Гц с напряжением 115 В.

Но повышение частоты ухудшает магнитные свойства магнитопроводов, в основном из-за увеличения потерь на гистерезис, поэтому при рабочих частотах свыше единиц кГц применяют ферродиэлектрические магнитопроводы трансформаторов, например, ферритовые или изготовленные из карбонильного железа.

Современные источники вторичного электропитания различной бытовой техники, компьютеров, принтеров и др. сейчас практически полностью выполняются по схемам импульсных источников и практически полностью вытеснили классические трансформаторы. В таких источниках гальваническое разделение питаемой цепи и питающей сети, получение набора необходимых вторичных напряжений, производится посредством высокочастотных трансформаторов с ферритовыми сердечниками. Источником высокочастотного напряжения являются импульсные ключевые схемы с полупроводниковыми ключами, обычно транзисторными. Применение таких устройств, часто называемых инверторами позволяет многократно снизить массу и габариты устройства, а также, дополнительно — повысить качество и надёжность электропитания, так как импульсные источники менее критичны к качеству электропитания в первичной сети, — они менее чувствительны к всплескам и провалам сетевого напряжения, изменениям его частоты.

Достоинства и недостатки

Достоинства трансформаторных БП.

• Простота конструкции.
• Надёжность.
• Доступность элементной базы.
• Отсутствие создаваемых радиопомех^{[прим 1]} (в отличие от импульсных, создающих помехи за счёт гармонических составляющих^[3]).

Недостатки трансформаторных БП.

• Большой вес и габариты, пропорционально мощности.
• Металлоёмкость.
• Компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения: для обеспечения стабильного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.

Импульсный источник питания

Импульсный блок питания компьютера (ATX) со снятой крышкой
A — входной выпрямитель. Ниже виден входной фильтр
B — входные сглаживающие конденсаторы. Правее виден радиатор высоковольтных транзисторов
C — импульсный трансформатор. Правее виден радиатор низковольтных ключей
D — дроссель групповой стабилизации (ГДС)
E — конденсаторы выходного фильтра

Импульсные блоки питания являются инверторной системой. В импульсных блоках питания переменное входное напряжение сначала выпрямляется. Полученное постоянное напряжение преобразуется в прямоугольные импульсы повышенной частоты и определённой скважности, либо подаваемые на трансформатор (в случае импульсных БП с гальванической развязкой от питающей сети) или напрямую на выходной фильтр нижних частот (в импульсных БП без гальванической развязки). В импульсных БП могут применяться малогабаритные трансформаторы — это объясняется тем, что с ростом частоты повышается эффективность работы трансформатора и уменьшаются требования к габаритам (сечению) сердечника, требуемым для передачи эквивалентной мощности. В большинстве случаев такой сердечник может быть выполнен из ферромагнитных материалов, в отличие от сердечников низкочастотных трансформаторов, для которых используется электротехническая сталь.

В импульсных блоках питания стабилизация напряжения обеспечивается посредством отрицательной обратной связи. Обратная связь позволяет поддерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне вне зависимости от колебаний входного напряжения и величины нагрузки. Обратную связь можно организовать разными способами. В случае импульсных источников с гальванической развязкой от питающей сети наиболее распространёнными способами являются использование связи посредством одной из выходных обмоток трансформатора или при помощи оптрона. В зависимости от величины сигнала обратной связи (зависящего от выходного напряжения), изменяется скважность импульсов на выходе ШИМ-контроллера. Если развязка не требуется, то, как правило, используется простой резистивный делитель напряжения. Таким образом, блок питания поддерживает стабильное выходное напряжение.

Достоинства и недостатки

Достоинства импульсных БП

Сравнимые по выходной мощности с линейными стабилизаторами соответствующие им импульсные стабилизаторы обладают следующими основными достоинствами:

• меньшим весом за счёт того, что с повышением частоты можно использовать трансформаторы меньших размеров при той же передаваемой мощности. Масса линейных стабилизаторов складывается в основном из мощных тяжёлых низкочастотных силовых трансформаторов и мощных радиаторов силовых элементов, работающих в линейном режиме. Кроме того, благодаря повышенной частоте преобразования, значительно уменьшаются габариты фильтра выходного напряжения (можно использовать конденсаторы значительно меньшей ёмкости, чем для выпрямителей, работающих на промышленной частоте). Сам выпрямитель может быть выполнен по простейшей однополупериодной схеме, без риска увеличения пульсаций выходного напряжения;
• значительно более высоким КПД (вплоть до 90-98 %) за счёт того, что основные потери в импульсных стабилизаторах связаны с переходными процессами в моменты переключения ключевого элемента. Поскольку основную часть времени ключевые элементы находятся в одном из устойчивых состояний (то есть либо включён, либо выключен) потери энергии минимальны^[4];
  • из этого прямо следует, что, при одной и той же схемотехнике и элементарной базе, КПД растёт с понижением частоты преобразования, так как переходные процессы занимают пропорционально меньшую часть времени. При этом, однако, растут габариты моточных элементов — но это даёт и выигрыш, из-за снижения омических потерь.
• меньшей стоимостью, благодаря массовому выпуску унифицированной элементной базы и разработке ключевых транзисторов высокой мощности. Кроме этого следует отметить значительно более низкую стоимость импульсных трансформаторов при сравнимой передаваемой мощности, и возможность использования менее мощных силовых элементов, поскольку режим их работы ключевой;
• сравнимой с линейными стабилизаторами надёжностью.
  Блоки питания вычислительной техники, оргтехники, бытовой электроники почти исключительно импульсные. Линейные БП малой мощности сохранились в основном только в следующих областях:
  • для питания слаботочных плат управления высококачественной бытовой техники вроде стиральных машин, микроволновых печей и отопительных котлов и колонок;
  • для маломощных управляющих устройств высокой и сверхвысокой надёжности, рассчитанной на многолетнюю непрерывную эксплуатацию при отсутствии обслуживания или затруднённом обслуживании, как, например, цифровые вольтметры в электрощитах, или автоматизация производственных процессов.
• широким диапазоном питающего напряжения и частоты, недостижимым для сравнимого по цене линейного. На практике это означает возможность использования одного и того же импульсного БП для носимой цифровой электроники в разных странах мира — Россия/США/Англия, сильно отличных по напряжению и частоте в стандартных розетках.
• наличием в большинстве современных БП встроенных цепей защиты от различных непредвиденных ситуаций, например от короткого замыкания и от отсутствия нагрузки на выходе.

Недостатки импульсных БП

• Работа основной части схемы без гальванической развязки от сети, что, в частности, несколько затрудняет ремонт таких БП.
• Все без исключения импульсные блоки питания являются источником высокочастотных помех, поскольку это связано с самим принципом их работы. Поэтому требуется предпринимать дополнительные меры помехоподавления, зачастую не позволяющие устранить помехи полностью. В связи с этим часто недопустимо применение импульсных БП для некоторых видов аппаратуры^[3].
• Как правило, импульсные блоки питания имеют ограничение на минимальную мощность нагрузки. Если мощность нагрузки ниже минимальной, блок питания либо не запускается, либо параметры выходных напряжений (величина, стабильность) могут не укладываться в допустимые отклонения.
• В распределённых системах электропитания: эффект гармоник кратных трём. При наличии эффективно действующих корректоров фактора мощности и фильтров во входных цепях этот недостаток обычно не актуален.

См. также

Литература

Ссылки

Примечания

Комментарии

1. ↑ Однако в мощных трансформаторных БП возникают импульсные помехи из-за того, что ток, протекающий через выпрямительные диоды (и вторичную обмотку трасформатора) имеет форму коротких импульсов, потому что диод открыт не весь полупериод, а короткое время вблизи максимума синусоиды, когда мгновенное значение переменного напряжения на вторичной обмотке превышает постоянное напряжение на фильтрующей ёмкости).

Источники

wikiredia.ru

Компьютерный блок питания Википедия

Компьютерный блок питания (или сокращённо — блок питания, БП) — вторичный источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электроэнергией постоянного тока путём преобразования сетевого напряжения до требуемых значений.

Также в состав компьютера могут входить блоки преобразования уровня напряжения следующей ступени — третичные блоки питания и т. д. Примером таких преобразователей могут служить модуль питания центральных процессоров (в том числе модернизируемых), графических процессоров, а также устройства, требующие повышения напряжения или изменения характеристик тока — переменного, с изменением фазы.

Модуль третичного питания центрального процессора, частично закрыт радиаторами охлаждения Модуль-переходник для установки процессора 80486DX4 с преобразователем напряжения в 3,3 вольта из 5

В некоторой степени блок питания также выполняет функции стабилизации и защиты от незначительных помех питающего напряжения. Как компонент, занимающий значительную часть внутри корпуса компьютера, несёт в своём составе (либо монтируемые на корпусе БП) компоненты охлаждения частей внутри корпуса компьютера.

ruwikiorg.ru

Блок питания - это... Что такое Блок питания?

Блок питания

Промышленные БП Siemens SITOP Power 24 В постоянного тока в качестве вторичного источника электропитания средств автоматизации технологических процессов.

Блок питания (БП) — устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого системе, из напряжения электрической сети. Чаще всего блоки питания преобразуют переменный ток сети 220 В частотой 50 Гц (для России, в других странах используют иные уровни и частоты) в заданный постоянный ток.

Трансформаторные БП

Схема простейшего трансформаторного БП c двухполупериодным выпрямителем

Классическим блоком питания является трансформаторный БП. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение. Затем устанавливается выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное (пульсирующее однонаправленное). В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). Иногда используются и другие схемы, например, в выпрямителях с удвоением напряжения. После выпрямителя устанавливается фильтр, сглаживающий колебания (пульсации). Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков, защиты от КЗ, стабилизаторы напряжения и тока.

Габариты трансформатора

Существует формула, несложно выводимая из базовых законов электротехники (и даже уравнений Максвелла):

( 1 / n ) ~ f * S * B

где n - число витков на 1 вольт (в левой части формулы стоит ЭДС одного витка, которая есть по уравнению Максвелла производная от магнитного потока, поток есть нечто в виде sin ( f * t ), в производной f выносится за скобку), f - частота переменного напряжения, S - площадь сечения магнитопровода, B - индукция магнитного поля в нем. Формула описывает амплитуду B, а не мгновенное значение.

Величина B на практике ограничена сверху возникновением гистерезиса в сердечнике, что приводит к потерям на перемагничивание и перегреву трансформатора.

Если принять, что f есть частота сети (50 Гц), то единственные два параметра, доступные для выбора при разработке трансформатора, есть S и n. На практике принята эвристика n = ( от 55 до 70 ) / S в см^2.

Увеличение S означает повышение габаритов и веса трансформатора. Если же идти по пути снижения S, то это означает повышение n, что в трансформаторе небольшого размера означает снижение сечения провода (иначе обмотка не поместится на сердечнике).

Увеличение n и снижение сечения означает сильное увеличение активного сопротивления обмотки. В маломощных трансформаторах, где ток через обмотку невелик, этим можно пренебречь, но с повышением мощности ток через обмотку растет и, при высоком сопротивлении обмотки, рассеивает на ней значительную тепловую мощность, что недопустимо.

Перечисленные выше соображения приводят к тому, что на частоте 50 Гц трансформатор большой (от десятков ватт) мощности может быть успешно реализован только как устройство большого габарита и веса (по пути повышения S и сечения провода со снижением n).

Потому в современных БП идут по другому пути, а именно по пути повышения f, т.е. переходу на импульсные блоки питания. Таковые блоки питания в разы легче (причем основная часть веса приходится на экранирующую клетку) и значительно меньше габаритами, чем классические. Кроме того, они не требовательны к входному напряжению и частоте.

Достоинства трансформаторных БП

• Простота конструкции
• Надёжность
• Доступность элементной базы
• Отсутствие создаваемых радиопомех (в отличие от импульсных, создающих помехи за счет гармонических составляющих)

Недостатки трансформаторных БП

• Большой вес и габариты, особенно при большой мощности
• Металлоёмкость
• Компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения: для обеспечения стабильного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.

Импульсные БП

Принципиальная схема простейшего однотактного импульсного БП

Импульсные блоки питания являются инверторной системой. В импульсных блоках питания переменное входное напряжение сначала выпрямляется. Полученное постоянное напряжение преобразуется в прямоугольные импульсы повышенной частоты и определенной скважности, либо подаваемые на трансформатор (в случае импульсных БП с гальванической развязкой от питающей сети) или напрямую на выходной ФНЧ (в импульсных БП без гальванической развязки). В импульсных БП могут применяться малогабаритные трансформаторы — это объясняется тем, что с ростом частоты повышается эффективность работы трансформатора и уменьшаются требования к габаритам (сечению) сердечника, требуемым для передачи эквивалентной мощности. В большинстве случаев такой сердечник может быть выполнен из ферромагнитных материалов, в отличие от сердечников низкочастотных трансформаторов, для которых используется электротехническая сталь.

В импульсных блоках питания стабилизация напряжения обеспечивается посредством отрицательной обратной связи. Обратная связь позволяет поддерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне вне зависимости от колебаний входного напряжения и величины нагрузки. Обратную связь можно организовать разными способами. В случае импульсных источников с гальванической развязкой от питающей сети наиболее распространенными способами являются использование связи посредством одной из выходных обмоток трансформатора или при помощи оптрона. В зависимости от величины сигнала обратной связи (зависящему от выходного напряжения), изменяется скважность импульсов на выходе ШИМ-контроллера. Если развязка не требуется, то, как правило, используется простой резистивный делитель напряжения. Таким образом, блок питания поддерживает стабильное выходное напряжение.

Достоинства импульсных БП

Сравнимые по выходной мощности с линейными стабилизаторами соответствующие им импульсные стабилизаторы обладают следующими основными достоинствами:

• меньшим весом за счет того, что с повышением частоты можно использовать трансформаторы меньших размеров при той же передаваемой мощности. Масса линейных стабилизаторов складывается в основном из мощных тяжелых низкочастотных силовых трансформаторов и мощных радиаторов силовых элементов, работающих в линейном режиме;
• значительно более высоким КПД (вплоть до 90-98%) за счет того, что основные потери в импульсных стабилизаторах связаны с переходными процессами в моменты переключения ключевого элемента. Поскольку основную часть времени ключевые элементы находятся в одном из устойчивых состояний (т.е. либо включен, либо выключен) потери энергии минимальны;
• меньшей стоимостью, благодаря массовому выпуску унифицированной элементной базы и разработке ключевых транзисторов высокой мощности. Кроме этого следует отметить значительно более низкую стоимость импульсных трансформаторов при сравнимой передаваемой мощности, и возможность использования менее мощных силовых элементов, поскольку режим их работы ключевой;
• сравнимой с линейными стабилизаторами надежностью. (Блоки питания вычислительной техники, оргтехники, бытовой техники почти исключительно импульсные).
• широким диапазоном питающего напряжения и частоты, недостижимым для сравнимого по цене линейного. На практике это означает возможность использования одного и того же импульсного БП для носимой цифровой электроники в разных странах мира - Россия/США/Англия, сильно отличных по напряжению и частоте в стандартных розетках.
• наличием в большинстве современных БП встроенных цепей защиты от различных непредвиденных ситуаций, например от короткого замыкания и от отсутствия нагрузки на выходе.

Недостатки импульсных БП

• Работа основной части схемы без гальванической развязки от сети, что, в частности, несколько затрудняет ремонт таких БП;
• Все без исключения импульсные блоки питания являются источником высокочастотных помех, поскольку это связано с самим принципом их работы. Поэтому требуется предпринимать дополнительные меры помехоподавления, зачастую не позволяющие устранить помехи полностью. В связи с этим часто недопустимо применение импульсных БП для некоторых видов аппаратуры.
• В распределённых системах электропитания: эффект гармоник кратных трём. При наличии эффективно действующих корректоров фактора мощности и фильтров во входных цепях этот недостаток обычно не актуален.

Смотри также

Ссылки

Литература

• Скотт Мюллер Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. — 17 изд. — М.: «Вильямс», 2007. — С. 1181-1256. — ISBN 0-7897-3404-4

dic.academic.ru

Что такое блок питания для компьютера. Как выбрать лучший БП

Содержание:

Блок питания компьютера (БП) – это электронное устройство, формирующее напряжение, необходимое определенному компоненту ПК, из напряжения электрической сети. На территории России блок питания преобразует переменный ток от электросети 220В и частотой 50Гц в несколько низких значений постоянного тока: 3,3В; 5В; 12В и т.д.

Блок питания для компьютера

Основной параметр блока питания – мощность, которая исчисляется в ваттах (Вт). Чем мощнее компьютер, тем мощнее блок питания требуется. Обычно это 300-500 Вт в бюджетных и офисных компьютерах и 600 Вт и более в мощных станциях и игровых ПК. Все более требовательны к мощности БП видеокарты топ-класса, которым нужна мощность более киловатта.

Блок питания это своеобразный энергетический центр любого компьютера. Именно он снабжает электричеством все компоненты компьютера, и позволяет ПК работать. Из электросети кабель идет в блок питания, а уже он распределят требуемое напряжение по всему остальному компьютеру.

Из БП выходят кабели к материнской плате, видеокарте, жесткому диску, приводу, кулерам и вентиляторам, к другим устройствам. Качественные и дорогие блоки устойчивы к перепадам напряжения в электрической сети. Это позволяет предотвратить выход из строя, как самого блока питания, так и всех комплектующих компьютера.

Что же необходимо для стабильной бесперебойной работы компьютера?

Мощный процессор, современная видеокарта, хорошая материнская плата. Но почти все забывают добавить в этот список надежный блок питания, который, в качестве центра электропитания всех остальных комплектующих компьютера. Он обязан справляться с поставленными задачами на 100%. В противном случае о стабильной и безотказной работе компьютера, не может быть и речи.

Чем опасна нехватка мощности в ПК?

Если для всех элементов компьютера не достаточно мощности установленного блока питания, то это обернуться, как небольшими неполадками, так полной невозможностью включить ПК.

Вот основные опасности слабого БП:

• Есть вероятность выхода из строя или частичного повреждения жесткого диска. Это связано с тем, что в жестком диске из-за нехватки мощности считывающие головки не смогут нормально функционировать и скользить по поверхности диска и начнут царапать её. При этом могут быть слышны характерные звуки.
• Возможны проблемы с видеокартой (вплоть до пропадания изображения на мониторе). Особенно это проявляется современных компьютерных играх.
• Съемные жесткие диски и флеш накопители, подключаемые к USB-портам, а также другие устройства без дополнительного питания, могут не определятся операционной системой или отключаться в процессе работы.
• В моменты наибольшего энергопотребления компьютер может выключаться или перезагружаться.

Как избавиться от этого? Очень просто - установить более мощный и надежный блок питания.

Внимание!!! Указанные выше проблемы могут проявляться не только из-за некачественного БП, а быть следствием неисправности других комплектующих ПК. Для определения точной причины лучше обратиться в наш ремонт компьютеров на дому в городе Москва.

Чем качественный и надежный блок питания отличается от дешевого?

1. Хороший, качественный и дорогой обеспечивает защиту от непредвиденных скачков напряжения в электросети. В случае, если выйдет из строя сам, он должен "ценой собственной жизни" защитить остальные устройства компьютера.

2. Блок питания должен обеспечить пользователя ПК современной и удобной во всех отношениях системой кабелей. Удобно, когда есть возможность отсоединить от блока каждый кабель питания, освободив тем самым большое количество пространства внутри корпуса для вентиляции и охлаждения системного блока.

3. БП должен иметь хорошую систему охлаждения, должен быть защищён от перегрева и не издавать сильный шум от своего вентилятора.

Модульные кабели и разъёмы

Одна из тенденций развития современных БП – это увеличение удобства в использовании кабелей. Основная цель - это убрать из корпуса компьютера тот узёл проводов и кабелей, который сейчас можно увидеть почти в любом персональном компьютере.

В наиболее дешёвых блоках питания все кабели неразрывно подключены. Это приводит к тому, что все неиспользуемые для питания устройств кабели, в любом случаем находятся внутри системного блока. Это в свою очередь ухудшает циркуляцию воздуха и делает крайне неудобным процесс ремонта и модернизации ПК.

Гораздо более удобно, когда все лишние и незадействованные кабели можно отключить. Когда они потребуются, могут быть быстро подключены через разъёмы. Это не только значительно улучшает охлаждение внутри корпуса, но и делает внешний вид содержимого системного блока приятным на вид, если корпусе есть окно.

Блок питания рекомендуется выбирать и покупать после того, как точно рассчитано энергопотребление всего ПК. Это можно сделать, сложив энергопотребление всех компонентов. После этого надо добавить ещё примерно 30% в качестве запаса прочности. Если в будущем планируется установка ещё каких-либо компонентов, то надо ещё увеличить запас.

Сомневаетесь в том, какая мощность блока питания необходима? Не знаете кому из производителей доверять? Позвоните в центр компьютерной помощи Compolife.ru и наши специалисты обязательно помогут вам сделать правильный выбор. Кроме этого, у нас вы можете заказать установку нового блока питания в системный блок.

compolife.ru

Ваттная эволюция: История развития блоков питания ПК

Компьютерные блоки питания довольно неординарная тема для данной рубрики. В отличие от остального железа, историю компьютерных питателей никто никогда не отслеживал, ибо вид этот эволюционировал довольно медленно, не принципиально и особого интереса не представлял. Однако сегодня, оглянувшись назад на эволюцию компьютерных БП, можно отметить множество интересных деталей.

Предки

Какими были блоки питания первых компьютеров, история умалчивает, однако можно с уверенностью сказать, что они представляли собой целые подстанции, ведь чтобы прокормить лампового монстра размером со здание, нужно море энергии. Для получения требуемых напряжений использовались огромные трансформаторы с сердечником из стальных пластин и медными обмотками. Эти устройства были простыми и надежными, но имели один недостаток: чтобы получить выходное напряжение 12 вольт и мощность 300 ватт, нужен трансформатор 10-15 килограммов весом. Для линии 3.3 В придется добавить трансформатор весом еще в 5 кг.

^{Трансформатор весит немало.}

С течением времени компьютеры и их энергопотребление постоянно уменьшались. Вероятнее всего, первый качественный скачок в компьютерном БП-строении произошел во время появления первого полностью полупроводникового компьютера TRADIC (TRAnsistor DIgital Computer) компании BELL Labs в 1955 году, который содержал в себе около 800 транзисторов и 10000 диодов, потребляя при этом менее 100 ватт энергии. Этот компьютер называли «Летающим TRADIC’ом», так как он устанавливался на стратегические бомбардировщики ВВС США Б-52. Естественно, что вес устройства для самолета должны были уменьшить максимально.

Первый стандарт

Первые унифицированные блоки питания (потомки которых стоят сегодня в наших компьютерах), получившие широкое распространение, появились вместе с первым компьютером IBM-PC на основе процессора 8086 в 1976 году. Данные БП имели совершенно различный внешний вид, каждый производитель делал корпуса блоков по-своему, в зависимости от конструкции кузова компьютера. Часто доходило до того, что блок питания был собран не на единой печатной плате, а состоял из нескольких модулей, размещенных в одном большом корпусе, для чего это делалось, до сих пор не ясно, возможно, из каких-то соображений безопасности. Однако о начинке этого не скажешь.

^{Летающий TRADIC.}

Идея импульсного блока питания заключается в том, что мы преобразуем ток не в том виде, в каком он поступает из сети (в обычном трансформаторе первичная обмотка рассчитана на сетевое переменное напряжение), а сперва выпрямляем его, преобразуем при помощи генератора в высокочастотные прямоугольные импульсы и после этого подаем на трансформаторы. Чем выше частота импульсов, тем ниже требования к габаритам сердечника, который может быть выполнен уже не из стали, а из ферромагнитных сплавов. Напряжение на первичной обмотке трансформатора используется для обратной связи с генератором импульсов, благодаря чему блок питания может поддерживать стабильное выходное напряжение. Импульсные блоки питания обладают сравнительно маленьким весом и габаритами, высоким КПД, могут выдавать большую пиковую мощность, но в их преимуществах кроются их недостатки: они не могут работать без нагрузки и не имеют гальванической развязки с сетью, из-за чего в случае выхода силовых элементов из строя на компоненты ПК поступит очень высокое напряжение и они сгорят.

Схемотехника тех, первых питальников была весьма близка к современной. Помимо стандартных молексов, они имели разбитую на две части колодку, предназначенную для подключения БП к материнской плате. В то время (впрочем, «то время» продолжалось вплоть до начала производства БП стандарта ATX в 1995-1996 годах) производители не учитывали патологическую криворукость большинства юзеров, поэтому обе части колодки были полностью одинаковые. Естественно, юзеры часто путали колодки местами, в результате чего сжигали материнскую плату, при этом сжигание проходило порой весьма зрелищно, с огнем, дымом и спецэффектами. Первые модификации имели мощность порядка 75 – 150 ватт.

^{Блок питания IBM PC/XT.}

Чуть позже, с выходом 286 процессора и платформы АТ (Advanced Technology) в 1984 году и ее модификации Baby AT – в 1995, появилась новая модификация блоков питания с соответствующим названием, которая имела незначительные схематические изменения, не позволявшие, тем не менее, подключать блоки питания от XT к AT, несмотря на их полную механическую совместимость. Данная модификация компьютерных питателей оставалась неизменной очень долго, вплоть до внедрения блоков питания нового стандарта ATX.

ATX

Блоки нового поколения были разработаны как замена устаревшему стандарту AT в 1995 году, тем не менее, окончательное вытеснение AT произошло лишь в конце 90-х. Многие производители долго не прекращали производство плат AT/ATX, которые можно было подключать как к старым, так и к новым блокам питания.

^{Колодки питания AT.}

Хотя принципы работы и остались прежними, новые блоки питания получили много дополнительных функций и отличий от морально устаревающих AT. Одним из основных изменений новых блоков являлась практически полностью измененная система запуска и управления. В отличие от предыдущего поколения, где запуск питальника и включение компьютера осуществлялось простым замыканием контактов цепи 220 вольт и какие бы то ни было возможности управления питанием отсутствовали как класс. Новые питатели получили современную систему, позволяющую программно управлять жизнью компьютера (стандарт Расширенного управления питанием, или ACPI). Это позволило программно включать и выключать компьютер по различным событиям, например, по таймеру или вызову по телефонной линии, а также управлять режимами работы, например, переводя его в интеллектуальный спящий режим (Suspend-to-RAM), при котором создается видимость отключения компьютера, в то время как основные его узлы, память и процессор продолжают работать. Для реализации этих возможностей в блок был добавлен модуль дежурного питания, который постоянно, даже при «выключенном» компьютере (но будучи включенным в сеть), подает на материнскую плату напряжение 5 вольт. Таким образом, материнская плата стандарта ATX постоянно находится под напряжением и «ждет» нажатия подключенной к ней кнопки POWER. При срабатывании данной кнопки на материнской плате запускается специальный генератор, подающий сигнал на линию PS-ON блока питания. При этом в блоке питания производится внутренний тест, в ходе которого происходит проверка всех выходных напряжений, и в случае его успешного прохождения вырабатывается сигнал POWER-OK. При поступлении данного сигнала на материнскую плату происходит запуск процессора и следом всей системы. В блоки стандарта ATX также было добавлено питающее напряжение 3.3 вольта, нужда в котором появилась из-за постоянно растущих аппетитов CPU.

Это Китай

Во время становления стандарта ATX появилось такое явление, как дешевые китайские корпуса с блоками питания отвратительного качества. Такой корпус можно было купить за 20 долларов, в то время как вменяемый блок питания без корпуса стоил порядка 40 безусловных единиц. Схемы питальников таких корпусов были до предела упрощены, из них были выкинуты все возможные фильтры, а номиналы и стоимость остальных деталей сведены к минимуму, по принципу «лишь бы включался». Часто это были детали не только с заниженными номиналами, но и неизвестных производителей – о качестве таких радиоэлементов оставалось только догадываться. Естественно, подобная экономия приносила свои плоды и притом довольно быстро.

^{Блок питания стандарта Baby AT.}

Такие блоки работали около полугода, после чего сгорали, унося с собой в могилу большую часть компьютера. Это происходило из-за установки недостаточно мощных силовых элементов, которые в силу экономии на радиаторах были вынуждены работать в предельных режимах, быстро изнашивались и выходили из строя. Остальная начинка компа гибла в связи с отсутствием какой-либо защиты.

^{Китайский БП во всей красе – фильтры отсутствуют
как класс 🙂}

Нередко встречались блоки, в которых отсутствовала схема генерации сигнала POWER-OK, а на соответствующий контакт было просто заведено 5 вольт.

^{Разъем дополнительного питания CPU.}

Примерно в то время и появилась методика проверки качества БП «на глазок» по его весу. Кию0йская экономия сразу бросалась в глаза за счет практически отсутствующих радиаторов, дросселей и фильтров, что здорово снижало вес блока, в то время как качественный экземпляр был (и остается) весьма увесист. Китайские подельщики также были замечены за банальным мошенничеством, некоторые дельцы по бросовым ценам закупали партии устаревших маломощных блоков питания и… просто меняли наклейки на корпусах. Так, словно по мановению волшебной палочки, 150-200-ваттные блоки превращались в питальники мощностью 235, 250 а иногда и все 300 Вт. Стоит отметить, что времена откровенно дерьмовых БП прошли – в настоящее время дешевую китайскую подделку найти довольно сложно.

Тссссс!

Примерно во время появления формата ATX в хороших фирменных блоках питания стали появляться и различные дополнительные модули, перечислим основные.

^{Блок питания с широколопастным
тихим вентилятором.}

Технология сниженного шума. Так как домашние компьютеры получали все большее распространение, проблема шума охлаждающих систем компьютера стала актуальна как никогда. Поэтому многие крупные производители начали устанавливать в свои блоки питания специальные блоки, которые регулировали частоту вращения вентилятора в зависимости от температуры внутри блока. Таким образом, в спокойном режиме работы, при низкой загрузке процессора снижалась температура активных элементов в блоке и вентилятор начинал крутиться медленнее, компьютер работал тихо.

Технология PFC

Название технологии Power Factor Correction можно перевести как «Коррекция фактора мощности». Данная система призвана снизить потребляемую блоком питания реактивную мощность. Что такое фактор мощности? Этот термин обозначает отношение активной (полезной) мощности к полной (полученной). Под полной мощностью в данном случае понимается сумма активной и реактивной мощностей. В процессе работы импульсный блок питания потребляет мощность короткими импульсами, при этом примерно треть мощности никак не используется, тем не менее, создавая нагрузку на сеть. Таким образом, фактор мощности составляет примерно 0.7, при идеальном равном единице. PFC стал активно использоваться производителями в начале 2000-х годов, когда с выходом процессоров Intel Pentium и стремительным развитием графических чипов мощность среднестатистической домашней системы перевалила далеко за 300 ватт.

^{Модульный блок питания Thermaltake.}

Самый дешевый и распространенный метод коррекции называется пассивным PFC. Это просто последовательно подключенный к БП дроссель, который способствует некоторому сглаживанию импульсов, впрочем, особо большого эффекта от применения такого PFC нет – при использовании дросселя фактор мощности вырастает весьма незначительно: на 0.04-0.07 единиц.

Активная версия PFC представляет собой довольно сложный узел питальника. Активная коррекция хорошо стабилизирует напряжение, что улучшает конечные характеристики блока. При использовании Active PFC форма тока практически полностью соответствует обычной резистивной нагрузке. При этом коэффициент мощности блока может доходить до 0.99. Однако эта цифра сильно зависит от текущей нагрузки питальника. При минимальной нагрузке эффект применения активной коррекции практически сходит на нет, становясь сравнимым с блоком, имеющим обычный пассивный PFC.

Стоит отметить, что покупка блока питания с системой Active PFC может повлечь за собой замену ИБП. Дело в том, что многие блоки, имеющие в своем составе Active PFC, плохо работают с дешевыми источниками бесперебойного питания. Это связанно с формой тока на выходе ИБП.

Расширенный АТХ

Но время шло, и аппетиты компьютерного железа неуклонно росли, простого увеличения мощности питальников стало недостаточно. Примерно во время выхода Intel Pentium 4 (конец 2000 года) на материнских платах формата АТХ появились дополнительные разъемы, установленные, как правило, недалеко от процессора. В новых блоках питания, продававшихся в то время, появился дополнительный четырехпиновый коннектор на 12 вольт, а на маркировке блоков – гордая надпись «P4 ready!». Дело в том, что той мощности, которую способен дать ATX-коннектор стало не хватать, ведь потребление процессоров резко подскочило, поэтому пришлось добавлять к стандарту такой вот костыль. Скорее всего, причиной этого также стало довольно сильное удаление разъема АТХ от модуля питания материнской платы, и дабы не было проблем с проводниками на печатной плате, разъем поставили почти у самого процессора.

^{Nesteq Nova 600W External Silent PSU.}

Несколько позже вышел SATA, и в питальниках начали появляться разъемы питания этого стандарта. Примерно во время перехода с платформы Socket 478 на LGA мы вновь увидели прибавку в кабельном ассортименте блоков питания: на этот раз потолстел сам ATX-коннектор. К основному разъему добавился дополнительный, на 4 контакта, содержащий линии 3.3, 12, 5 вольт и GND. Также были добавлены коннекторы 12 вольт для питания видеокарт. В современных игровых системах видеокарты – первые и основные потребители энергии. И мощности все растут…

Игры с охлаждением

Сравнительно недавно начали появляться блоки питания, не содержащие в себе каких-либо активных элементов охлаждения. Радиаторы силовых элементов в таких блоках выведены на заднюю панель и охлаждаются «забортным» воздухом вне компьютера. Большинство таких блоков имеют довольно маленькую мощность, ведь рассеивать большое количество энергии при пассивном охлаждении весьма сложно. При этом цена на такие питальники весьма высока – заметно выше дорогих и мощных блоков, имеющих классическую систему охлаждения.

^{Тихий и красивый Yesico FL-550.}

Многие производители в погоне за снижением шумовых характеристик своих блоков избрали другой путь. Вместо стандартных вентиляторов в блоки начали устанавливать тихоходные вентили с большими лопастями. Таким образом, шум резко падал, а эффективность охлаждения оставалась на прежнем уровне.

Тепловыделение системы также оказало свое влияние на блоки питания. С ростом количества ваттов, отдаваемых системой в воздух, наведение порядка в проводах внутри системы уже перестало быть пустой тратой времени – производители начали убирать провода в оплетку и заплетать их в аккуратные косички. Бытует мнение, что они подсмотрели это у моддеров :). У моддеров же была подсмотрена и концепция модульного блока питания, заключающаяся в том, что все коннекторы питальника подключаются к нему в соответствующие разъемы на корпусе, а лишние «хвосты» можно отключить и убрать, чтобы не мешали циркуляции воздуха.

В 2004-2005 годах развитие блоков питания пошло по пути моды и «гламура» :). В блоки питания стали устанавливать светодиодную подсветку, LCD-дисплейчики с информацией о мощности, температуре и скорости вращения вентиляторов. Некоторые модели сейчас даже комплектуются отдельным модулем для 3.5”-слота, осуществляющим мониторинг напряжений по основным линиям питания. Что ж, почему бы и нет, если юзер платит?

Уже сейчас очевидно, что нарастание мощностей неизбежно. Киловаттным блоком сегодня уже никого не удивишь. Остается надеяться, что в будущем нам не придется вместе с витухой тянуть к компу отдельную проводку, как к сварочному аппарату. В свете текущего пути развития процессоров в сторону многоядерности не за горами тот день, когда киловатный блок питания станет нормальным явлением, а ведь процессоры видеокарт тоже могут быть многоядерными…

itpress.livejournal.com