Функция блока питания кратко

Обновлено: 02.07.2024

Блок питания — важная часть любого электронного устройства. От надёжности этого узла зависит правильное и длительное функционирование всей системы. В статье мы выясним, что такое блоки питания (БП), для чего нужны и какие бывают.

Определение и назначение

Согласно техническому определению, блок питания — это электрическое устройство, предназначенное для формирования напряжений питания. БП — вторичный источник электропитания.

Открываем техдокументацию и читаем. Вторичный источник электропитания преобразует параметры электроэнергии основного источника электроснабжения, например, промышленной сети в электроэнергию с параметрами, необходимыми для работы вспомогательных устройств.

Делаем вывод: назначение блока питания — обеспечение устройств, работающих от электроэнергии, напряжением с заданными параметрами, необходимыми для их функционирования.

Важно! Если прибору требуется несколько разных напряжений (например, ПК), то блок питания имеет несколько выходных каналов — каждый на свою величину.

Виды блоков питания и их различия

По конструктивному исполнению все БП бывают двух типов:

Первый тип, как можно догадаться из его названия, встраивается в устройство, которое он питает. Подавляющее большинство бытовой техники имеет встраиваемые так называемые собственные блоки питания. Их задача — преобразовать сетевое напряжение 220 В 50 Гц в одно или несколько необходимых для работы устройства.

Полезно! Внутренним будет считаться и БП в компьютере, хотя он и сделан как отдельный съёмный модуль.

Внешний БП представляет собой отдельный модуль в собственном корпусе. Питание с такого модуля подаётся на устройство по кабелю. Обычно такое решение применяют для малогабаритной аппаратуры и аппаратуры с низким энергопотреблением.

А теперь интересный вопрос — зарядка на мобильный телефон или смартфон — это блок питания или зарядное устройство? Для многих — зарядное устройство. Тогда дополнительный вопрос — БП для ноутбука — это блок питания или зарядное устройство? И здесь мнение будет однозначным — и то и другое.

Тогда почему у телефона только зарядник? Кто из нас не работал с разряженным смартфоном, воткнутым в розетку? Да все работали, когда очень надо, а батарея села. Таким образом, и зарядник мобильника, и БП ноутбука — два в одном — это и блок питания, и зарядное устройство.

А вот, например, с аккумуляторным шуруповёртом всё иначе. У него именно зарядное устройство, а не блок питания, поскольку рабочий ток оно обеспечить шуруповёрту не может.

То же самое можно сказать и про автомобильное зарядное устройство — зарядить аккумулятор автомобиля оно может, но обеспечить стартеру необходимый для пуска двигателя ток — нет.

Просмотренные БП бывают 4 видов:

со стабилизацией напряжения;
со стабилизацией тока;
со стабилизацией напряжения и тока;
без стабилизации.

Блоки питания со стабилизацией тока подключают к устройствам, которым нужен стабильный ток. При изменении потребляемой мощности такой блок меняет величину напряжения так, чтобы проходящий через него ток остался неизменным.

Схемы со стабилизацией напряжения и тока часто внедряют в лабораторные блоки питания и автомобильные зарядники. При увеличении потребляемой мощности нагрузкой такой БП поддерживает установленное напряжение, а ток растёт. Когда ток, пройдя через питаемое устройство, достигнет установленного значения, источник начинает держать его (ток) на заданном уровне, при необходимости снижая напряжение.

И наконец, четвёртый вид — без стабилизации — подключают к устройствам, некритичным к величине питающих напряжений. Выходное напряжение в них напрямую зависит от величины входного.

Ну и в завершение поделим блоки питания по принципу работы:

трансформаторные;
импульсные;
с гасящим конденсатором.

Рассмотрим принцип работы каждого типа блоков питания подробнее.

Устройство трансформаторного блока питания

До недавнего времени блоки питания этого типа использовались в подавляющем большинстве электронных механизмов. Посмотрим, как выглядит схема простейшего трансформаторного БП.

Источник состоит из трансформатора T1, выпрямителя VD1, простейшего стабилизатора VT1, R2, VD2 и сглаживающего фильтра С2, С3, С4. Трансформатор здесь основной узел. Его задача понизить или повысить напряжение первичного источника до необходимой величины. В нашем примере трансформатор понижающий — он преобразует сетевое 220 В в 7 В, необходимых для работы следующих узлов.

Трансформатор имеет две или более индуктивно связанные обмотки. На одну из обмоток, называемую первичной, подаётся напряжение первичного источника. Протекающий по ней переменный ток намагничивания создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех остальных обмотках ЭДС индукции.

Важно! Трансформаторы могут работать только с напряжениями переменного тока. Если первичный источник выдаёт постоянный ток, то применяют другие типы преобразователей величины напряжения. К примеру, импульсные.

Пониженное переменное напряжение поступает на двухполупериодный выпрямитель, собранный по мостовой схеме. В результате его работы оно преобразуется в постоянное пульсирующее. Первичный фильтр, состоящий из конденсатора С2, сглаживает пульсации, превращая пульсирующее напряжение в постоянное.

Выпрямленное и сглаженное — поступает на простейший параметрический стабилизатор, который поддерживает выходное на заданном уровне (в нашем примере 5 В) даже при небольших колебаниях величины напряжения первичного источника. Оно дополнительно сглаживается конденсаторами С3, С4 и поступает на нагрузку. Если стабилизация не нужна, то блок питания будет состоять только из трансформатора, выпрямителя и сглаживающего фильтра.

Устройство и работа импульсного блока питания (ИБП)

Принцип работы такого блока питания в корне отличается от принципа действия трансформаторной конструкции. Здесь входное напряжение сначала преобразуется в постоянное, затем в переменное импульсное высокой (порядка десятков кГц) частоты, а уже после этого понижается при помощи импульсного трансформатора и снова выпрямляется.

Важно! Импульсные БП бывают и повышающими. Кроме того, они могут работать с первичными источниками постоянного тока. При этом схема первичного выпрямителя из схемы исключается.

Структурная схема простейшего импульсного блока питания

В приведённой схеме напряжение первичного источника выпрямляется при помощи мостового выпрямителя, сглаживается и поступает на импульсный трансформатор через электронный ключ, собранный на транзисторе.

Узел G представляет собой генератор с изменяемой скважностью. Он периодически открывает ключ, и на первичную обмотку трансформатора поступают импульсы, наводящие ЭДС во вторичных обмотках. После разнополярное импульсное напряжение (уже приведённое к необходимой величине) снова выпрямляется, сглаживается и поступает на нагрузку.

Особый интерес представляет обмотка 4 с отдельным выпрямителем, напряжение с которой поступает обратно в блок питания. Это обмотка стабилизации. Далее, с неё подаётся на блок стабилизации BS, который управляет скважностью задающего генератора.

В зависимости от напряжения на этой обмотке скважность (длительность импульсов относительно пауз) генератора автоматически изменяется в ту или иную сторону, а значит, и изменяется выходное напряжение на всех обмотках, поддерживая их на заданном уровне при колебаниях величины входного.

Полезно. Существуют схемы импульсных БП без обратной связи, а значит, источников питания без стабилизации напряжения. Такие блоки питания, например, часто используют в недорогих компактных люминесцентных лампах.

Все приведённые схемы импульсных блоков питания являются простейшими и, конечно, не годятся для серьёзного оборудования. Для примера посмотрим, из чего состоит блок питания персонального компьютера.

Сначала обратим внимание на сетевой фильтр, который устраняет импульсные помехи по сети первичного источника. Дальше — снова выпрямитель и управляемый генератор (инвертор). Только он двухтактный, что существенно повышает КПД источника и его выходную мощность. Потом — всё тот же импульсный трансформатор, но не один, а два. Один основной, второй маломощный и управляется отдельным генератором. Его задача — создание дежурного питания, когда основной БП и сам ПК выключены.

Почему импульсные трансформаторы мощностью до 500 Вт такие маленькие? Дело в том, что размеры магнитопровода, а значит, и трансформатора зависят от частоты, при которой он работает. Чем выше частота, тем меньший магнитопровод можно использовать. Работай он на частоте 50 Гц, то был бы размером с силикатный кирпич.

Дальше необходимые для работы напряжения с основного трансформатора поступают на выпрямители, сглаживающие конденсаторы и снова фильтры, подавляющие высокочастотные помехи. Есть, конечно, и узел стабилизации, который дополнительно является блоком защиты от перегрузки и короткого замыкания. Этот же узел следит за наличием и величиной всех выходных напряжений. Если хотя бы одно из них выйдет за допустимые пределы, материнской плате будет подана команда экстренной остановки системы.

С узлом регулировки оборотов вентилятора всё понятно. Этот узел измеряет температуру на силовых элементах блока питания и по показателям регулирует обороты вентилятора. Это существенно снижает шум от работы БП при сохранении необходимой степени охлаждения. Этот же блок поднимет тревогу, если вентилятор внезапно остановится.

Габариты и вес. Если мы собрали блок питания мощностью 500 Вт для ПК по трансформаторной схеме, то он бы занял всё место в корпусе ПК. Про вес лучше вообще не упоминать — он бы был неподъёмным. Собранные же на трансформаторах небольших размеров ИБП получаются компактными и лёгкими.

Большой диапазон питающих напряжений и частоты. Любой ПК легко запустится и будет отлично работать, скажем, в США, где напряжение в розетках 100–127 В при частоте 60 Гц.

Высокий КПД. Коэффициент полезного действия ИБП исключительно высок и может достигать 98 %. Для вторичных источников питания это очень много. Схемы на трансформаторах обычно ограничиваются КПД 70 % и менее.

Устройство и работа блока питания с гасящим конденсатором

Это самый простой тип блоков питания. В него включены: конденсатор, выпрямитель и стабилизатор. Вот и весь БП.

В принципе, он мало отличается от трансформаторной схемы, но самого трансформатора здесь нет. Его роль исполняют неполярные высоковольтные конденсаторы. Как они гасят излишек электроэнергии? Дело в том, что в цепях переменного тока конденсатор представляет собой реактивное сопротивление. На нём падает часть напряжения, остальная его часть, величина которой зависит от ёмкости конденсаторов, поступает на выпрямитель, сглаживается конденсатором C3, стабилизируется простейшим параметрическим стабилизатором и поступает на нагрузку.

Стабилитрон VD2 защищает последующие цепи БП от перенапряжения в случае, если нагрузка окажется отключенной. Тогда стабилитрон откроется, войдёт в режим стабилизации, и напряжение на выходе выпрямителя останется на допустимом уровне.

Резистор R2 служит для безопасности конструкции. Он разряжает конденсаторы С1, С2, как только мы выдернем вилку питания БП из розетки. В противном случае нас может ударить током, даже если мы просто возьмёмся за контакты вилки.

Основным недостатком такой схемы будет отсутствие гальванической развязки с первичным источником питания. Это означает, что при работе от электросети все элементы, включая элементы питаемого оборудования, будут под опасным для жизни напряжением.

Как подобрать для питания конкретной нагрузки

Предположим, нам необходимо запитать какую-то конструкцию или готовый механизм. Как подобрать подходящий БП? Для этого учитываем три основных критерия:

необходимое для прибора напряжение;
потребляемый прибором ток;
наличие или отсутствие стабилизаторов тока или напряжения.

Пусть нам нужно питать низковольтный светодиодный прожектор. Рассчитан он, как указал производитель, на напряжение 12 В, потребляемая мощность 7 Вт.

Сначала рассчитываем потребляемый осветителем ток: 7 : 12 = 0,58 А. Как правило, осветительные приборы требуют стабилизации тока. Значит, нам нужен БП со стабилизатором тока на 580 А. Попробуем найти такой источник питания в интернете. Вот он. Ток стабилизации, правда, на 20 мА больше положенного, но это некритично, поскольку найти источник на точно заданный ток невозможно.

Теперь запитаем магнитолу. Точно так же рассчитываем, читаем на шильдике или измеряем ток на максимальной громкости. Предположим, 8А. Напряжение электропитания бортовой сети автомобиля нам известно — 12–14 В. Какая стабилизация нужна? В принципе, никакой — в автомагнитоле есть встроенный стабилизатор. Важно, чтобы БП выдавал 12–14 В и обеспечивал ток до 10 А (с запасом). Это составит 140 Вт.

В принципе, ничего плохого не будет, если мы возьмём 12-вольтовый БП со стабилизацией напряжения. Но найти сейчас в продаже БП без стабилизатора достаточно сложно.

Для питания светодиодной ленты, конечно, мы выберем БП соответствующей мощности со стабилизатором напряжения 12 или 24 В (зависит от типа используемой ленты).

Импульсный, с трансформатором или гасящим конденсатором? От последнего лучше сразу отказаться — очень опасно. Но если БП будет встроен в прибор, и его никто не будет разбирать, то останется на крайний случай. При этом, конечно, питаемое устройство должно быть маломощным.

Ну а импульсный или трансформаторный — тут решать каждому индивидуально. Если потребляемые токи большие, лучше предпочесть импульсные приборы, поскольку трансформаторные большего размера и веса. Малое потребление? Подойдёт и трансформаторный, особенно если он уже лет 5 валяется на чердаке без дела.

Единственное, выбирая импульсный БП, не следует забывать про электромагнитные помехи и помехи по цепям питания, которые он создаёт. Если в помещении есть оборудование, чувствительное к электромагнитным помехам, то, конечно, нужно выбирать трансформаторную конструкцию.

Вот мы и выяснили, что такое блок питания и для чего служит. Каких типов и видов бывают и чем отличаются друг от друга. Теперь мы без проблем подберём БП для своих целей.

Большинство рассказов про блоки питания начинается с подчеркивания их важнейшей и чуть ли не главенствующей роли в составе компьютера. Это не так. БП — просто один из компонентов системы, без которого она не будет работать. Он обеспечивает преобразование переменного напряжения из сети в необходимые для работы ПК стабилизированные напряжения. Все блоки можно разделить на импульсные и линейные. Современные компьютерные блоки выполнены по импульсной схеме.

Линейные блоки питания

Сетевое напряжение поступает на первичную обмотку трансформатора, а со вторичной мы снимаем уже пониженное до нужных пределов переменное напряжение. Далее оно выпрямляется, следом стоит фильтр (в данном случае нарисован обычный электролитический конденсатор) и схема стабилизации. Схема стабилизации необходима, так как напряжение на вторичной обмотке напрямую зависит от входного напряжения, а оно только по ГОСТу может меняться в пределах ±10 %, а в реальности — и больше.

Основные достоинства линейных блоков питания — простая конструкция и низкий уровень помех (поэтому аудиофилы часто используют их в усилителях). Недостаток таких БП — габариты и невысокий КПД. Собрать БП мощностью 400 и более Вт по такой схеме возможно, но он будет иметь устрашающие размеры, вес и стоимость (медь нынче дорогая).

Импульсные блоки питания

Слева — отечественный сетевой с номинальной мощностью 17 Вт, справа — выпаянный из компьютерного БП мощностью 450 Вт. Кстати, отечественный еще и весит раз в 5 больше.

В ИИП сетевое напряжение сначала выпрямляется и сглаживается фильтром, а потом опять преобразуется в переменное, но уже гораздо более высокой частоты (несколько десятков килогерц). А затем оно понижается трансформатором.

Так выглядит плата вживую:

Фильтр

Фильтр работает эффективнее, когда он находится как можно ближе к источнику помех. Поэтому часть фильтра зачастую располагают прямо на сетевой розетке.

На картинке изображен фильтр в минимальной комплектации. F1 — предохранитель, VDR1 — варистор, N1 — термистор, Х2 — Х-конденсатор, Y1 — Y-конденсаторы, L1 — синфазный дроссель. Резистор R1 служит для разряда конденсатора Х2.

Корректор коэффициента мощности

Не будем вдаваться в подробности, поскольку статьи на эту тему уже были: раз и два. Скажем только, что корректор коэффициента мощности должен быть во всех компьютерных БП, желательно активного типа (A-PFC).

Плюсы корректора:
1) Снижается нагрузка на сеть.
2) Повышенный диапазон входного напряжения (чаще всего, но не всегда).
3) Улучшение работы инвертора.

Минусы:
1) Увеличивается сложность конструкции, соответственно, снижается надежность.
2) Возможны проблемы при работе с UPS.

Преобразователь

Обычно используется мостовая или полумостовая схема. Чаще всего встречается полумост. На картинке ниже он изображен в упрощенном виде.

Как видно по схеме, транзисторы открываются поочередно с небольшой задержкой, чтобы не случилось ситуации, когда оба окажутся открыты. В таком случае получаем на первичной обмотке переменный ток высокой частоты, а на вторичной — уже пониженный до нужной величины.

В топовых блоках применяются резонансные преобразователи (LLC), которые имеют более высокий КПД, но они технически сложнее.

Выпрямление и стабилизация выходных напряжений

На выходе БП имеется четыре напряжения:
1) 12 В — отвечает за питание процессора, видеокарты, HDD, вентиляторов.
2) 5 В — питание логики материнской платы, накопителей, USB.
3) 3,3 В — питание оперативной памяти.
4) -12 В — считается атавизмом и не используется в современных компьютерах.

По способу выпрямления и стабилизации блоки можно поделить на четыре группы:

1) Выпрямление с помощью диодов Шоттки (полупроводниковый прибор, у которого при прямом включении падение напряжения будет в три-четыре раза меньше, чем у обычных кремниевых), групповая стабилизация.

Внешне их можно определить по двум крупным дросселям. На одном — три обмотки (12 В, 5 В и тонкий провод -12 В).

Второй имеет меньший размер. Это отдельная стабилизация канала 3,3 В. Сейчас такие БП часто встречаются в основном в бюджетном сегменте. Например:

Вот, например, фото такого блока. Очень бюджетно:

2) Выпрямление с помощью диодов Шоттки, раздельная стабилизация на магнитных усилителях. Внешне их можно отличить по наличию в выходных цепях трех крупных дросселей. Данная схема в современных БП не используется: ее вытеснили более производительные решения. Пик такой схемотехники — начало 2000-х годов.

3) Выпрямление канала 12 В с помощью диодов Шоттки. Напряжения 5 В и 3,3 В получают из 12 В с помощью преобразователей DC-DC. Развитие электроники позволило производить недорогие и эффективные преобразователи такого рода. БП будет ненамного эффективнее обычных с групповой стабилизацией (так как нагрузка на низковольтные каналы небольшая), но стабильность напряжений выше.

4) Канал 12 В — синхронный выпрямитель на MOSFET (полевой транзистор с изолированным затвором), остальные напряжения получают при помощи преобразователей DC-DC.

Это наиболее эффективная и точная, но и более сложная схемотехника. В соответствии с ней делают все топовые блоки питания. Отклонения выходных напряжений у таких блоков укладываются в один-два процента при допустимых 5 %.

Дежурный источник питания

Представляет из себя маломощный ИИП с напряжением на выходе 5 В. Он работает все время, пока БП подключен к сети. Обеспечивает питание микросхем внутри блока и питание логики на материнской плате, а также подает питание на порты USB при выключенном компьютере.

Супервизор

Микросхема обеспечивает функционирование основных защит в блоке (превышения выходных напряжений, превышение выходного тока и прочее), управляет включением и выключением блока по сигналам с материнской платы.

Теперь вы представляете, как обстоит дело со схемотехникой в наши дни. А что нас ждет в будущем? В мае 2020 года компания Интел выпустила новый ATX12VO (12 V Only) Desktop Power Supply Disign Guide в котором описывает совершенно новые БП: у блока осталось только одно напряжение — 12 В. Нужные напряжения будет преобразовывать материнская плата. Дежурный источник питания с напряжения 5 В перейдет на 12 В. При этом размеры блоков АТХ остаются такими же. Это сделано для того, чтобы сохранить совместимость со старыми корпусами. Правда, пока производители не торопятся переходить на этот формфактор.

Компьютерный блок питания — блок питания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией. В его задачу входит преобразование сетевого напряжения до заданных значений, их стабилизация и защита от незначительных помех питающего напряжения. Также, будучи снабжён вентилятором, он участвует в охлаждении системного блока.

Основным параметром компьютерного блока питания является максимальная мощность, потребляемая из сети. В настоящее время существуют блоки питания с заявленной производителем мощностью от 50 (встраиваемые платформы малых форм-факторов) до 1600 Вт.

Компьютерный блок питания для сегодняшней платформы PC обеспечивает выходные напряжения ±5 ±12 +3,3В Вольт. В большинстве случаев используется импульсный блок питания. Хотя абсолютное большинство чипов использует не более 5 Вольт, введение линии 12 Вольт дает использовать большую мощность (импульсный блок питания без 12 Вольт не может выдавать более 210 Ватт) , которая нужна для питания жёстких дисков, оптических приводов, вентиляторов, а в последнее время и материнских плат, процессоров, видеоадаптеров, звуковых карт.

Всё вышесказанное относится к наиболее распространённым ныне блокам питания стандарта ATX, который начал использоваться во времена процессоров Intel Pentium. Ранее (начиная с компьютеров IBM PC/AT до платформ на базе процессоров до Socket 370/SECC-2 включительно) на PC-платформе использовались блоки питания стандарта AT. Существовали материнские платы с процессорными разъёмами Socket 7 и Socket 370, которые поддерживали блоки питания и AT, и ATX (так называемые двухстандартные платы).

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.

В этой статье мы поговорим про одну из самых важных деталей компьютера - блоке питания, вы узнаете, какую важную роль он играет в персональном компьютере. Основная функция блока питания состоит в том, чтобы преобразовывать сетевое переменное напряжение в бытовой электросети (220 V) в постоянное, номиналом в 12 (двенадцать), 5 (пять) и 3.3 (три) Вольта, которое и потребляют различные компоненты нашего компьютера.

Блок питания компьютера отвечает за бесперебойное снабжение электроэнергией всего системного блока. Выход из строя данного узла полностью обесточивает компьютер и он перестает включаться. Либо начинает "глючить" самым непредсказуемым образом, что тоже не кошерно :) Неисправно работающий блок питания компьютера может быть причиной различных "зависаний", ошибок операционной системы и других программ, короче говоря - нестабильного и не прогнозируемого поведения системы в целом. Ниже по тексту - несколько фотографий разных блоков питания:

Поскольку при установленном блоке питания внутри системного блока его вентилятор располагается сразу над процессором и работает на выдув, - происходит дополнительный отвод тепла из зоны центрального процессора и горячий воздух выбрасывается за пределы корпуса компьютера через круглые отверстия на задней стенке блока. Долговечность таких вентиляторов (12 см) также больше именно за счет меньших оборотов и меньшего же износа подшипника.

На задней стенке есть также кнопка выключения подачи питания (при покупке выбирайте именно такой). Во первых, это удобно: не надо для обесточивания отсоединять шнур 220V. Во вторых, исключает самопроизвольное включение компьютера при перепадах напряжения в электросети (согласитесь, будет неприятно, если компьютер сам включится а Вы в это время отдыхаете на море! :)

Качественные блоки питания имеют различные схемы и режимы защиты. Перечислим наиболее популярные из них:

UVP - (Under Voltage Protection - защита от понижения напряжения в сети) Срабатывает при достижении падении на 20-25%
OVP - (Over Voltage Protection - защита от повышения напряжения в сети) Те же 25% на любом из каналов, но в другую строну.
SCP - (Short Circuit Protection - защита от короткого замыкания) Часто это просто плавкий предохранитель, но есть и более серьезные решения, основанные на цифровых схемах защиты
OPP или OLP - (Over Power Protection - защита от перегрузки) Превышение суммарной нагрузки по всем каналам.
OCP - (Over Current Protection - защита от скачков и перепадов тока в сети, перенапряжения) Аварийно отключает БП
OTP - (Over Temperature Protection - защита от повышения температуры) Максимальная температура внутри блока питания не должна превышать 50 градусов Цельсия.
AFC - (Automatic Control Fan - автоматический контроль скорости вентилятора) Отдельная микросхема, которая часто крепится к одному из радиаторов
MTBF (Mean time Between Failures - среднее время безотказной работы) У качественных изделий оно составляет более 100.000 часов

А вот так выглядит обычный дешевый китайский блок питания без верхней защитной крышки:

Запомните: одним из признаков качественного блока является его. вес! Ведь это логично: чем увесистее блок питания компьютера, тем больше внутри него комплектующих. Производитель не сэкономил на количестве фильтрующих конденсаторов, на дросселях, резисторах, полевых транзисторах и не заменил большую их часть перемычками. Опять же, толщина стенок изделия, количество и разнообразие разъемов, возможно, наличие дополнительных переходников в комплекте поставки.

Качественный блок питания компьютера очень важен! Приведу пример: в нашем IT отделе стоит шесть компьютеров (в одном помещении). Два новых, с брендовыми блоками, остальные - так себе и один совсем устаревший (для набора документов). И вот, при эпизодических скачках напряжения в электросети (когда свет, что называется, "мигает") мы наблюдаем одну и ту же картину: самый старый компьютер моментально перезагружается, те что поновее в 50% случаев, а два новых практически никогда.

В чем тут секрет? Исключительно в хорошем блоке питания! Дело в том, что качественные изделия (при кратковременной просадке напряжения в электросети) могут в течение нескольких десятых миллисекунды поддерживать работу всей системы за счет разрядки конденсаторных емкостей, расположенных в них.

При наличии напряжения, электролитические конденсаторы накапливают заряд (заряжаются), а при его падении разряжаются (отдают накопленный заряд), восполняя потерю энергии. Именно благодаря этому явлению компьютер может благополучно "пережить" кратковременную просадку напряжения.

Зачем это нужно? Дело в том, что развитие разъема для видеокарт стандарта PCI-Express привело к повышению силы тока, подающегося на него. Хотя для питания большинства внешних видеокарт хватает возможностей и 20-ти контактного варианта подключения, но разработчики предусмотрели дальнейшее развитие технологий и рынка и учли будущее возрастание потребляемой мощности.

Дополнительная мощность, подаваемая на шину PCI-Express, при использовании дополнительного 4-х контактного разъема равна 76-ти Ваттам. Но реальность сегодняшнего дня состоит в том, что для современных графических ускорителей топового уровня этого все равно не достаточно.

Многие мощные блоки питания сейчас используют модульное подключение кабелей к одноименным разъемам. Чем это удобно? Прежде всего тем, что отпадает необходимость держать неиспользуемые кабели внутри самого системного блока. Это, в свою очередь, способствует меньшей путанице с проводами внутри корпуса (нужный кабель просто добавляется по мере необходимости).

Отсутствие лишних кабелей, также улучшает циркуляцию воздуха в корпусе. Обычно в таких блоках питания несъемными остаются только разъемы для питания материнской платы и центрального процессора.

А вот, для примера, какую партию блоков питания для компьютеров мы недавно получили на нашу фирму:

Внутри коробки также находится и силовой кабель. Сам блок "запаян" в плотный герметический целлофан. Кейс, как видите, имеет удобную ручку для транспортировки. Короче говоря, - очень функционально и элегантно! :)

Есть еще один класс устройств, - это блоки питания ноутбуков. В массе своей, это элементы с постоянным питающим напряжением от 12-ти до 24-х Вольт (встречаются и 10-ти Вольтовые). На этом пока про блоки питания все, следите за нашими другими статьями.

Компьютерный блок питания (англ. power supply unit, PSU — блок питания, БП) — вторичный источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией постоянного тока, путём преобразования сетевого напряжения до требуемых значений.

В некоторой степени блок питания также:

выполняет функции стабилизации и защиты от незначительных помех питающего напряжения;
будучи снабжён вентилятором, участвует в охлаждении компонентов персонального компьютера.

Содержание

Описание

Компьютерный блок питания для настольного компьютера стандарта PC, персонального или игрового, согласно спецификации ATX 2.x, должен обеспечивать выходные напряжения ±5, ±12, +3,3 Вольт, а также +5 Вольт дежурного режима (англ. standby ).

Основными силовыми цепями являются напряжения +3,3, +5 и +12 В. Причем, чем выше напряжение, тем большая мощность передается по данным цепям. Отрицательные напряжения питания (−5 и −12 В) допускают небольшие токи и в современных материнских платах в настоящее время практически не используются.

Напряжение −5 В использовался только интерфейсом ISA и из-за фактического отсутствия этого интерфейса на современных материнских платах провод −5 В в новых блоках питания отсутствует.
Напряжение −12 В необходим лишь для полной реализации стандарта последовательного интерфейса RS-232, поэтому также часто отсутствует.

В большинстве случаев используется импульсный блок питания, выполненный по полумостовой (двухтактной) схеме. Блоки питания с накапливающими энергию трансформаторами (обратноходовая схема) естественно ограничены по мощности габаритами трансформатора и потому применяется значительно реже.

Устройство (схемотехника)

Импульсный блок питания компьютера (ATX) со снятой крышкой: A — входной диодный выпрямитель, ниже виден входной фильтр; B — входные сглаживающие конденсаторы, правее виден радиатор высоковольтных транзисторов; C — импульсный трансформатор, правее виден радиатор низковольтных диодных выпрямителей; D — дроссель групповой стабилизации; E — конденсаторы выходного фильтра

Широко распространённая схема импульсного источника питания состоит из следующих частей:

Достоинства такого блока питания:

Простая и проверенная временем схемотехника с удовлетворительным качеством стабилизации выходных напряжений.
Высокий КПД (65-70 %). Основные потери приходятся на переходные процессы, которые длятся значительно меньшее время, чем устойчивое состояние.
Малые габариты и масса, обусловленные как меньшим выделением тепла на регулирующем элементе, так и меньшими габаритами трансформатора, благодаря тому, что последний работает на более высокой частоте.
Меньшая металлоёмкость, благодаря чему мощные импульсные источники питания стоят дешевле трансформаторных, несмотря на бо́льшую сложность
Возможность включения в сети широкого диапазона напряжений и частот, или даже постоянного тока. Благодаря этому возможна унификация техники, производимой для различных стран мира, а значит и её удешевление при массовом производстве.

Недостатки полумостового блока питания на биполярных транзисторах:

При построении схем силовой электроники использование биполярных транзисторов в качестве ключевых элементов снижает общий КПД устройства [2] . Управление биполярными транзисторами требует значительных затрат энергии.
Всё больше компьютерных блоков питания строится на более дорогих мощных MOSFET-транзисторах. Схемотехника таких компьютерных блоков питания реализована как в виде полумостовых схем, так и обратноходовых преобразователей. Для удовлетворения массогабаритных требований к компьютерному блоку питания, в обратноходовых преобразователях используются значительно более высокие частоты преобразования (100-150 кГц).
Большое количество намоточных изделий, индивидуально разрабатываемых для каждого типа блоков питания. Такие изделия снижают технологичность изготовления БП.
Во многих случая недостаточная стабилизация выходного напряжения по каналам. Дроссель групповой стабилизации не позволяет с высокой точностью обеспечивать значения напряжений во всех каналах. Более дорогие, а также мощные современные блоки питания формируют напряжения ±5 и 3,3 В с помощью вторичных преобразователей из канала 12 В.

Стандарты

AT (устаревший)

В блоках питания у компьютеров форм-фактора AT выключатель питания разрывает силовую цепь и обычно вынесен на переднюю панель корпуса отдельными проводами; питание дежурного режима с соответствующими цепями отсутствует в принципе. Однако почти все материнские платы стандарта АТ+ATX имели выход управления блоком питания, а блоки питания, в то же время, вход, позволяющий материнской плате стандарта АТ управлять им (включать и выключать).

Блок питания стандарта AT подключается к материнской плате двумя шестиконтактными разъёмами, включающимися в один 12-контактный разъём на материнской плате. К разъёмам от блока питания идут разноцветные провода, и правильным является подключение, когда контакты разъёмов с чёрными проводами сходятся в центре разъёма материнской платы. Цоколёвка AT-разъёма на материнской плате следующая:

ATX (современный)

У 24-контактного ATX разъёма, последние 4 контакта могут быть съёмными, для обеспечения совместимости с 20-контактным гнездом на материнской плате

Выход	Допуск	Минимум	Номинальное	Максимум	Единица измерения
+12V1DC [3]	±5 %	+11.40	+12.00	+12.60	Вольт
+12V2DC [4]	±5 %	+11.40	+12.00	+12.60	Вольт
+5 VDC	±5 %	+4.75	+5.00	+5.25	Вольт
+3.3 VDC [5]	±5 %	+3.14	+3.30	+3.47	Вольт
−12 VDC	±10 %	−10.80	−12.00	−13.20	Вольт
+5 VSB	±5 %	+4.75	+5.00	+5.25	Вольт

Повышены требования к +5VDС — теперь БП должен отдавать ток не менее 12 А (+3.3 VDC — 16,7 А соответственно, но при этом совокупная мощность не должная превысить 61 Вт) для типовой системы потребления мощностью 160 Вт. Выявился перекос выходной мощности: раньше основным был канал +5 В, теперь были продиктованы требования по минимальному току +12 В. Требования были обусловлены дальнейшим ростом мощности комплектующих (в основном, видеокарты), чьи требования не могли быть удовлетворены линиями +5 В из-за очень больших токов в этой линии.

Разъёмы БП / потребителей питания

Разъёмы Molex: ATX12V для подключения основного питания материнской платы, питания периферийного устройства 12 и 5 Вольтами мини- (обычно, дисковод) и обычного размера ( molex 8981 )

Также на БП размещаются:

В конце 2000-х годов для монтажа кабелей стал применятся модульный принцип, когда из корпуса БП выходит лишь основной 24(20+4)-контактный кабель и 4+4-контактный кабель питания EPS12V для материнской платы ATX12V/EPS12V, прочие же кабеля для периферии выполняются съёмными, на разъёмах. [15] .

Сертификация 80 PLUS (как часть принятого в 2007 году стандарта энергосбережения Energy Star 4.0) подразумевает сертификацию компьютерных блоков питания на соответствие определённым нормативам по эффективности энергопотребления: КПД БП должен быть не менее 80 % при 20, 50 и 100 % нагрузке относительно номинальной мощности БП, а коэффициент мощности должен быть 0,9 или выше при 100 % нагрузке.

И хотя первоначально сертификация по стандарту 80 PLUS проводилась только для использования в сетях с напряжением 115 В (которые распространены, к примеру, в США, но не на территории России), и поэтому КПД блоков питания сертифицированных по стандарту 80 PLUS может быть ниже 80 % в сетях 220/230 В, однако последующие уровни спецификации, начиная с 80 PLUS Bronze, сертифицировались и для применения в сетях 230 В. Тем не менее, сертифицированные по стандарту 80 PLUS БП могут иметь КПД ниже 80 % при нагрузках менее 20 %, что достаточно важно, так как большинство ПК редко работают в режиме максимальной потребляемой мощности, а гораздо чаще простаивают. Также, КПД может быть ниже заявленного в условиях эксплуатации БП при температуре, отличной от комнатной (при которой проводится сертификация). [16]

В 2008 году к стандарту были добавлены уровни сертификации:

Процент от номинальной нагрузки	20%	50%	100%
80 PLUS	-	-	-
80 PLUS Bronze	81%	85%	81%
80 PLUS Silver	85%	89%	85%
80 PLUS Gold	88%	92%	88%
80 PLUS Platinum	90%	94%	91%

Требуемая мощность

Мощность, отдаваемая в нагрузку существующими БП, в значительной степени зависит от мощности компьютерной системы и варьируется в пределах от 50 (встраиваемые платформы малых форм-факторов) до 1800 Вт (большинство высокопроизводительных рабочих станций, серверов начального уровня или геймерских машин).

В случае построения кластера, расчёт необходимого количества подводимой энергии учитывает потребляемую кластером мощность, мощность систем охлаждения и вентиляции, КПД которых в свою очередь отличный от единицы. По данным компании APC by Schneider Electric, на каждый Ватт потребляемой серверами мощности, требуется обеспечение 1,06 Ватта систем охлаждения. Особую важность грамотный расчёт имеет при создании ЦОД с резервированием по формуле N+1.

Блоки питания ноутбуков

Блок питания для ноутбуков и прочих мобильных компьютеров применяется как для зарядки АКБ, так и для обеспечения ноутбука питанием в обход (без) аккумулятора. По типу исполнения, БП ноутбука чаще всего внешний блок. Ввиду практики выпускать БП под конкретную модель (серию) ноутбуков и учитывая тот факт, что характеристики разных моделей значительно разнятся, на внешние блоки питания нет единого стандарта, и поэтому БП далеко не всегда взаимозаменяемы.

Во-первых — производители ноутбуков часто используют различные разъёмы питания (их известно несколько десятков типов, хотя широко распространённых всего несколько, отличающихся лишь диаметром штекера). Подключение большинства из них выполняются коаксиальными кабелем с положительным внутренним проводником, хотя существуют разъёмы и с обратной полярностью.
Во-вторых — различаются питающие напряжения: обычно это 18,5 В или 19 В, хотя встречаются варианты с напряжением 15 или 16 В (в осн. субноутбуки); 19,5 В; 20 В или даже 24 В (Apple). Далее — блоки питания отличаются максимальной выходной мощностью, выдавая ток 3,16 А (для старых типов); 3,42 A; 4,74 А; 6,3 А; 7,9 А, в зависимости от того, насколько мощный компьютер предполагается питать.

Существует инициатива по стандартизации блоков питания для ноутбуков [17] .

Читайте также: