Блоки питания компьютера. Характеристики и разновидности

1.

2.

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. Основное
назначение блока питания - формирование напряжения питания, которое
необходимо для функционирования всех элементов ПК. Основные
напряжения питания компонентов это: +12В, +5В, +3,3В. Существуют также
дополнительное напряжение: -12В и -5В. Еще блок питания осуществляет
гальваническую развязку между сетью 220В и компонентами компьютера. Это
необходимо для устранения токов утечек, например чтобы корпус ПК не бился
током, а также препятствует возникновению паразитных токов при сопряжении
устройств.

3.

Широко распространённая схема импульсного источника
питания состоит из следующих частей:
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

4.

Характеристики БП
Форм-фактор.
Мощность.
Линия питания.
Рабочий диапазон.
КПД.
Стабилизация сетевого напряжения.
Пиковый ток включения.
Защита от перенапряжений.
Максимальный ток нагрузки.
Минимальный ток нагрузки.
Стабилизация по нагрузке.
Стабилизация линейного напряжения.

5.

Форм-факторы
Устаревшие отраслевые стандарты форм-факторов блоков питания
Устаревшие форм-факторы БП Когда были представлены
Тип коннекторов материнской
платы
Форм-факторы материнских плат
*PC/XT
1981
PC/XT
PC/XT, Baby-AT
AT/Desk
1984
AT
Full-size AT, Baby-AT
AT/Tower
1984
AT
Full-size AT, Baby-AT
Baby-AT
1984
AT
Full-size AT, Baby-AT
**LPX (PS/2)
1987
AT
Baby-AT, Mini-AT, LPX

6.

Форм-факторы
Современные отраслевые стандарты форм-факторов блоков питания
Современные формфакторы БП
Когда были представлены
Тип коннекторов материнской
платы
Форм-факторы материнских плат
ATX/ATX12В
1995
Основной 20/24-pin, плюс 4-pin ATX, microATX, BTX, microBTX
+12 В
SFX/SFX12В*/PS3
1997
Основной 20/24-pin, плюс 4-pin ATX, FlexATX, microBTX, picoBTX,
+12 В micro
Mini-ITX, DTX
EPS/EPS12В
1998
Основной 24-pin, плюс 8-pin
+12 В
TFX12В
2002
Основной 20/24-pin, плюс 4-pin microATX, FlexATX, microBTX,
+12 В
picoBTX, Mini-ITX, DTX
CFX12В
2003
Основной 20/24-pin, плюс 4-pin microBTX, picoBTX, DTX
+12 В
LFX12В
2004
Основной 24-pin, плюс 4-pin
+12 В
picoBTX, nanoBTX, DTX
Flex ATX
2007
Основной 24-pin, плюс 4-pin
+12 В
microATX, FlexATX, microBTX,
picoBTX, nanoBTX, Mini-ITX, DTX
ATX, extended ATX

7.

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.

8.

Линия питания
Линии питания, использующиеся в ПК
Линия
Компоненты ПК
+3.3 В
Чипсеты, некоторые модули памяти,
карты PCI/AGP/PCI-E, различные
контроллеры
+5 В
Дисковые накопители,
электроприводы низкого
напряжения, SIMMs, карты
PCI/AGP/ISA, стабилизаторы
напряжения
+12 В
Приводы, стабилизаторы с высоким
напряжением, карты AGP/PCI-E
Блок питания стандартно обеспечивает линии +3.3 В, +5
В и +12 В. Данные напряжения часто называют линиями
или шинами питания.

9.

Рабочий диапазон
Диапазон изменения входного
напряжения (или рабочий диапазон),
при котором может работать источник
питания. Для напряжения 110 В в
диапазон изменения входного
напряжения обычно входят значения от
90 до 135 В; для входного напряжения
220 В —от 180 до 270 В.

10.

КПД (Эффективность)
КПД «обычного» блока питания имеет
величину порядка 65–70 %. Для получения
бо́льших величин применяются
специальные схемотехнические решения.
Стандарты 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 91% 94%
91%

11.

Power Good
Power Good – это сигнал который поступает на материнскую плату после
успешного самотестирования БП. на соотвецтвие напряжений. Сигнал поступает
на материнскую плату в течении время работы ПК. Допустимым диапазоном
считается +2,4..+6 В. Этот сигнал адресован чипу управления питанием
процессора . Если же диапазон напряжения нарушен то сигнал перестаёт
поступать и это приводит к автоматической перезагрузки системы , при этом
система не загружается до тех пор пока напряжение не стабилизируется и сигнал
вновь не поступит на чип управления питанием. После подтверждения сигнала
начинается инициализация программы записаной в BIOS (rom) по адресу ffff.0000,
система загружается.

12.

Форм-фактор AT
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:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
+5V +5V
+5
PG
пуст
общ общ общ общ
+12V -12V
-5V
ой
ий
ий
ий
ий

13.

ATX/ATX 12 V
В 1995 году компания Intel обнаружила, что существующий
дизайн блоков питания буквально на издыхании справлялся с
возрастающей нагрузкой. Проблема заключалась в том, что в
существовавшем стандарте использовалось два разъёма,
имеющих в общей сложности всего 12 проводов, которые
обеспечивали питание материнской платы, распаянных на ней
контроллеров и процессора. Кроме того, вилки разъёма были
оснащены непродуманными защёлками, неправильное
подключение которых приводило к повреждению как
материнской платы, так и блока питания. Чтобы решить данные
проблемы, в 1995 году компания Intel взяла за основу
популярный на тот момент форм-фактор LPX (PS/2) и просто
доработала реализованные в нём цепи питания и разъёмы,
сохранив при этом прежние габариты и физическую конструкцию
блока питания. Таким образом, на свет появился стандарт ATX.

14.

Flex ATX
Блоки питания Flex ATX, подобно представленному на рисунке,
разработаны таким образом, чтобы обеспечить номинальную выходную
мощность от 180 до 270 Вт, что идеально соответствует запросам
компактных систем. Стандарт Flex ATX предполагает использование
одного или двух вентиляторов диаметром 40 мм, однако,
предусмотрена возможность использовать более крупные вентиляторы,
которые при этом располагаются горизонтально. Также существуют и
модели с пассивным охлаждением.

15.

Разъёмы БП / потребителей
питания типа ATX.
Разъёмы Molex: ATX12V для подключения
основного питания материнской платы, питания
периферийного устройства 12 и 5 Вольтами
мини- (обычно, дисковод) и обычного размера
(molex 8981)
Разъём для подключения питания к
устройству с интерфейсом SATA

16.

Разъём ATX PS 12V (P4 power connector)
Один из двух шестиконтактных разъёмов
питания AT

17.

Контакты разъёма материнской платы.
24-контактный разъём питания материнской платы ATX12V 2.x
(20-контактный не имеет последних четырёх: 11, 12, 23 и 24)
Цвет
Сигнал
Контакт
Контакт
Сигнал
Цвет
+3.3 V
Оранжевый
+3.3 V sense
Коричневый
Оранжевый
+3.3 V
1
13
Оранжевый
+3.3 V
2
14
−12 V
Синий
Чёрный
Земля
3
15
Земля
Чёрный
Красный
+5 V
4
16
Power on
Зелёный
Чёрный
Земля
5
17
Земля
Чёрный
Красный
+5 V
6
18
Земля
Чёрный
Чёрный
Земля
7
19
Земля
Чёрный
Серый
Power good
8
20
−5 V
Белый
Фиолетовый
+5 VSB
9
21
+5 V
Красный
Жёлтый
+12 V
10
22
+5 V
Красный
Жёлтый
+12 V
11
23
+5 V
Красный
Оранжевый
+3.3 V
12
24
Земля
Чёрный
Три затененных контакты (8, 13 и 16) — сигналы управления, а не питания.
«Power On» подтягивается на резисторе до уровня +5 Вольт внутри блока питания, и должен быть низкого
уровня для включения питания.
«Power good» держится на низком уровне, пока на других выходах ещё не сформировано напряжение
требуемого уровня.
Провод «+3.3 V sense» используется для дистанционного зондирования.
Контакт 20 (и белый провод) используется для обеспечения −5 В постоянного тока в ATX и ATX12V версии до 1.2. Это
напряжение не является обязательным уже в версии 1.2 и полностью отсутствует в версиях 1.3 и старше.
В 20-контактной версии правые контакты нумеруются с 11 по 20.

18.

Также на БП размещаются:
4-контактный разъём ATX12V (именуемый также P4 power
connector) — вспомогательный разъём для питания процессора: вилка
типа MOLEX 39-01-2040 или эквивалентная с контактами Molex 444761112 (HCS) или эквивалентными; розетка ответной части на
материнской плате типа Molex 39-29-9042 или эквивалентная. Провод
толщиной 18 AWG. В случае построения высокопотребляемой
системы (свыше 700 Вт), расширяется до EPS12V (англ. Entry-Level
Power Supply Specification) — 8-контактного вспомогательного разъёма
для питания материнской платы и процессора 12 В,
4-контактный разъём для Floppy-дисковода с контактами AMP 1718224 или эквивалентными. Провод толщиной 20 AWG.
4-контактный разъём для питания периферийного устройства типа
жёсткого диска или оптического накопителя с интерфейсом P-ATA:
вилка типа MOLEХ 8981-04P или эквивалентная с контактами AMP
61314-1 или эквивалентными. Провод толщиной 18 AWG.
5-контактные разъёмы MOLEX 88751 для подключения питания SATAустройств состоит из корпуса типа MOLEX 675820000 или
эквивалентного с контактами Molex 675810000 или эквивалентными.
6- либо 8-контактные разъёмы для питания PCI Express x16 видеокарт.
В концу 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.

19.

SFX/SFX 12 V
Intel представила материнскую плату форм-фактора microATX в декабре
1997. В то же время был представлен и блок питания уменьшенного
размера - Small Form Factor (SFX). Несмотря на это, большинство шасси
microATX по-прежнему использовали стандартный блок питания ATX. Но
затем в марте 1999 года Intel представила дополнение FlexATX к
спецификации microATX для миниатюрных материнских плат,
использующихся в бюджетных настольных системах, а также
промышленных ПК.

20.

SFX 12 V
Блоки питания SFX12V спроектированы специально для миниатюрных
систем, которые содержат ограниченный набор комплектующих и
ограничены в возможностях апгрейда. Большинство БП стандарта SFX
сконструированы для обеспечения мощности от 80 до 300 Вт под
постоянной нагрузкой и имеют четыре линии питания: +5 В, +12 В, -12 В и
+3.3 В. Мощность такого блока питания является достаточной для
компактной системы, оснащённой процессором, графической картой AGP
либо PCI-E x16, до четырёх слотов карт расширения, а также трёх
внутренних накопителей, таких как жёсткие диски и оптические приводы.

21.

Форм-фактор TFX
БП стандарта TFX12V спроектирован таким образом, чтобы обеспечивать
выходную мощность 180-300 Вт, что наиболее соответствует потребностям
компактных систем, в которых планируется его использование. Блок
питания TFX12V оснащён 80-мм вентилятором, закреплённым на боковой
стороне внутри блока питания и имеющим встроенный термостат, что
обеспечивает бесшумное и эффективное охлаждение (скорость вращения
зависит от температуры внутри корпуса). Симметричная система позволяет
при монтаже БП внутри корпуса выбирать сторону, к которой будет
обращён вентилятор, что обеспечивает максимально эффективное
охлаждение и гибкость - вы можете развернуть блок питания, учитывая
особенности конструкцию корпуса.
Блок питания, выполненный в форм-факторе TFX12V, имеет симметричную
конструкцию, благодаря чему его можно развернуть, направив вентилятор
или к правой стороне корпуса, или к левой

22.

Диагностика неисправностей
■ Любые ошибки и зависания при включении компьютера
■ Спонтанная перезагрузка или периодические
зависания во время обычной работы
■ Хаотичные ошибки четности или другие ошибки
памяти.
■ Одновременная остановка жесткого диска и
вентилятора (нет напряжения +12 В).
■ Перегрев компьютера из-за выхода из строя
вентилятора.
■ Перезапуск компьютера из-за малейшего снижение
напряжения в сети.
■ Удары электрическим током во время прикосновения к
корпусу компьютера или к разъемам.
■ Небольшие статические разряды, нарушающие работу
системы.