Во всех современных компьютерах используются блоки питания стандарта ATX. Ранее использовались блоки питания стандарта AT, в них не было возможности удаленного запуска компьютера и некоторых схемотехнических решений. Введение нового стандарта было связано и с выпуском новых материнских плат. Компьютерная техника стремительно развивалась и развивается, поэтому возникла необходимость улучшения и расширения материнских плат. С 2001 года и был введен этот стандарт.

Давайте рассмотрим, как устроен компьютерный блок питания ATX.

Расположение элементов на плате

Для начала взгляните на картинку, на ней подписаны все узлы блока питания, далее мы кратко рассмотрим их предназначение.

А вот схема электрическая принципиальная, разбитая на блоки.

На входе блока питания стоит фильтр электромагнитных помех из дросселя и ёмкости (1 блок). В дешевых блоках питания его может не быть. Фильтр нужен для подавления помех в электропитающей сети возникших в результате работы .

Все импульсные блоки питания могут ухудшать параметры электропитающей сети, в ней появляются нежелательные помехи и гармоники, которые мешают работе радиопередающих устройств и прочего. Поэтому наличие входного фильтра крайне желательно, но товарищи из Китая так не считают, поэтому экономят на всём. Ниже вы видите блок питания без входного дросселя.

Дальше сетевое напряжение поступает на , через предохранитель и терморезистор (NTC), последний нужен для зарядки фильтрующих конденсаторов. После диодного моста установлен еще один фильтр, обычно это пара больших , будьте внимательны, на их выводах присутствует большое напряжение. Даже если блок питания выключен из сети следует предварительно их разрядить резистором или лампой накаливания, прежде чем трогать руками плату.

После сглаживающего фильтра напряжение поступает на схему импульсного блока питания она сложная на первый взгляд, но в ней нет ничего лишнего. В первую очередь запитывается источник дежурного напряжения (2 блок), он может быть выполнен по автогенераторной схеме, а может быть и на ШИМ-контроллере. Обычно - схема импульсного преобразователя на одном транзисторе (однотактный преобразователь), на выходе, после трансформатора, устанавливают линейный преобразователь напряжения (КРЕНку).

Типовая схема с ШИМ-контроллером выглядит примерно так:

Вот увеличенная версия схемы каскада из приведенного примера. Транзистор стоит в автогенераторной схеме, частота работы которой зависит от трансформатора и конденсаторов в его обвязке, выходное напряжение от номинала стабилитрона (в нашем случае 9В) который играет роль обратной связи или порогового элемента который шунтирует базу транзистора при достижении определенного напряжения. Оно дополнительно стабилизируется до уровня 5В, линейным интегральным стабилизатором последовательного типа L7805.

Дежурное напряжение нужно не только для формирования сигнала включения (PS_ON), но и для питания ШИМ-контроллера (блок 3). Компьютерные блоки пиатния ATX чаще всего построены на TL494 микросхеме или её аналогах. Этот блок отвечает за управление силовыми транзисторами (4 блок), стабилизацию напряжения (с помощью обратной связи), защиту от КЗ. Вообще 494 - это используется в импульсной технике очень часто, её можно встретить и в мощных блоках питания для светодиодных лент. Вот её распиновка.

Если вы планируете использовать компьютерный блок питания, например, для питания светодиодной ленты, будет лучше, если вы немного нагрузите линии 5В и 3.3В.

Заключение

Блоки питания ATX отлично подходят для питания радиолюбительских конструкций и как источник для домашней лаборатории. Они достаточно мощные (от 250, а современные от 350Вт), при этом можно найти на вторичном рынке за копейки, также подойдут и старые модели AT, для их запуска нужно лишь замкнуть два провода, которые раньше шли на кнопку системного блока, сигнала PS_On на них нет.

Если вы собрались ремонтировать или восстанавливать подобную технику, не забывайте о правилах безопасной работы с электричеством, о том, что на плате есть сетевое напряжение и конденсаторы могут оставаться заряженными долгое время.

Включайте неизвестные блоки питания через лампочку, чтобы не повредить проводку и дорожки печатной платы. При наличии базовых знаний электроники их можно переделать в мощное зарядное для автомобильных аккумуляторов или . Для этого изменяют цепи обратной связи, дорабатывают источник дежурного напряжения и цепи запуска блока.

Многие пользователи, которые пытаются разобраться в устройстве своего ПК, не понимают, что такое БП в компьютере. А между тем, это один из самых важных элементов в системе, без которого вообще ни одно комплектующее работать не будет. Давайте разберемся, что собой представляют блоки питания, определим их устройство, виды, плюсы и минусы.

Определение

Что такое БП в компьютере? Если сказать коротко, это - устройство для преобразования сетевого переменного напряжения в постоянное для питания всех комплектующих в системном блоке. В частности, блок питания подает напряжение на компоненты: видеокарту, оперативную память, жесткий диск, сетевую карту, процессор, подключенные периферийные устройства. Если все эти комплектующие подключить напрямую к сети 220 В, то они просто сгорят. Комплектующие для работы требуют наличия напряжения 12 или 24 В (в основном), и задача блока питания - дать требуемое напряжение.

Также есть и другая задача этого элемента - защищать комплектующие компьютера от возможных перепадов напряжения. По сути, это устройство изменения сетевого напряжения, которое выглядит как небольшая черная коробка с вентилятором. Она устанавливается в системный блок, и именно в нее входит сетевой кабель.

Требуемое напряжение

Питание БП компьютера осуществляется от сети с напряжением 220 В. Но в разных странах напряжение тока и его частота в сети могут различаться. Например, в России и в большинстве европейских стран напряжение в сети составляет 220/230 В при частоте 50 Гц. Однако в США напряжение в сети равно 120 В при частоте 60 Гц. Австралия в этом плане тоже отличается - там напряжение равно 240 В/50 Гц. Следовательно, при создании блока питания учитывают параметры сети той страны, в которую планируются поставки. То есть, если привезти в Россию блок питания, купленный в США, то он, вероятнее всего, работать не будет.

Есть также универсальные блоки питания со специальным регулятором напряжения. То есть на блоке можно выставить значение напряжения в сети, и прибор самостоятельно будет адаптирован к нему.

Если компьютер не включается при нажатии на кнопку включения, то в первую очередь причину нужно искать именно в блоке и при необходимости заменять его. К сожалению, недорогие модели, которыми сегодня завален рынок России, ломаются слишком часто.

Мощность БП компьютера

Сегодня есть много разных блоков, которые способны выдавать мощность в огромном диапазоне. В современных ноутбуках мощность может варьироваться в диапазоне 25-100 Вт. Что касается персональных компьютеров, то здесь в зависимости от энергопотребления комплектующих можно использовать БП на 2000 Вт.

Среди пользователей ходят слухи, что чем мощнее будет блок, тем лучше, хотя на самом деле это не совсем так. Не каждому пользователю нужно столь мощное и дорогое устройство. Если рассудить, то приобретение дорогого и мощного БП для слабого компьютера - это бесполезная трата денег не только при покупке самого агрегата, но и при эксплуатации, так как он будет потреблять много лишней электроэнергии.

Впрочем, на сегодняшний день на полках магазинов в основном представлены устройства на 400-500 Вт. Мощности таких комплектующих вполне достаточно для обеспечения питанием стандартного компьютера с хорошим "железом". Но стабильную работу мощного игрового компьютера они обеспечить не способны.

Виды и различия БП

Теперь, когда мы понимаем, что такое БП в компьютере, можно поговорить про их виды и отличительные особенности. Сегодня существуют импульсные и трансформаторные блоки. Каждый вид имеет свои достоинства и недостатки, которые необходимо рассмотреть подробнее.

Трансформаторные

Это самый распространенный вид, который продается чаще всего. В большинстве современных системах практически не используется подобное устройство БП компьютера, которое представлено следующими элементами:

1. Трансформатор.
2. Выпрямитель.
3. Сетевой фильтр.

Один из таких блоков показан на фото ниже.

Принцип работы

Принцип работы такого устройства относительно прост: через первичную обмотку трансформатор принимает на себя напряжение сети. Затем с помощью выпрямителя переменный разнонаправленный ток преобразовывается в постоянный и однонаправленный. При этом может использоваться разные выпрямители: одно- или двухполупериодный. В любом случае применяются диодные мосты, которые состоят из:

1. Двух диодов - в первом типе.
2. Четырех диодов - во втором типе.

Применение двух элементов в выпрямителе характерно для БК с удвоенным напряжением либо в трехфазных устройствах.

Сетевой фильтр в устройстве БП компьютера - это обычный конденсатор с большой емкостью. Он сглаживает пульсации тока, из-за чего на комплектующие подается относительно чистый и равномерный ток.

Также вместо обычных трансформаторов внутри таких блоков могут использоваться автоматические устройства.

Работа трансформаторных БП

Чтобы детальнее понять, что такое БП в компьютере и как они работают, нужно иметь хотя бы начальные знания законов электротехники. Габариты блоков питания трансформаторного типа напрямую зависят от габаритов используемых внутри трансформаторов. Размеры устройств высчитываются по формуле:

В этой формуле:

1. N - число витков на 1 В напряжения;
2. f - частота тока (переменного);
3. B - образующаяся в магнитопроводе индукция магнитного поля;
4. S - площадь сечения магнитопровода.

Следовательно, чем будет больше витков и сечение провода, тем и трансформатор будет больше. Это влечет за собой увеличение габаритов самого блока. Однако если сечение провода уменьшить, то придется увеличить количество витков (N), что не удастся в компактных трансформаторах. Если трансформатор является маломощным, то много витков с малым сечением не повлияет на работу самого блока питания, так как сила тока в подобных устройствах будет низкой. Однако при повышением мощности ток будет расти, что приведет к рассеиванию тепловой мощности.

Следовательно, трансформаторные блоки питания с частотой работы 50 Гц могут быть только большими и тяжелыми. Подобные устройства непрактично использовать в современных компьютерах в силу их веса и габаритов, а также низкого КПД.

Однако есть и положительные стороны: надежность и простота, удобство ремонта (все элементы легко заменить в случае поломки), отсутствие радиопомех.

Импульсные блоки питания

В этих устройствах используются иные конструкторские решения, позволяющие увеличить частоту тока. Ниже представлен классический БП подобного типа.

Работает подобный блок питания следующим образом:

1. Переменный ток из сети поступает в устройство, выпрямляется и становится постоянным.
2. Постоянный ток конвертируется в частотные импульсы.
3. Эти импульсы поступают на трансформатор. Если предусмотрена гальваническая развязка, то прямоугольные импульсы поступают на выходной ФНЧ.

Отметим, что есть кардинальные отличия между этими двумя типами БП. В частности импульсные отличаются следующими особенностями:

1. При повышение частоты тока возрастает КПД трансформатора.
2. Требования к сечению сердечника минимальные.
3. Возможность создания компактных и легких блоков питания за счет установки эффективных и небольших трансформаторов.
4. Применение отрицательной обратной связи дает возможность стабилизировать выходное напряжение, что положительно повлияет на стабильность работы всех комплектующих и системы в целом.

Достоинства импульсных блоков питания

1. Высокий КПД, который достигает 92-98%.
2. Малый вес и габариты.
3. Надежность.
4. Возможность работы в широком частотном диапазоне. Один и тот же импульсный блок способен работать в разных странах мира.
5. Защита от короткого замыкания.
6. Низкая стоимость.

1. Плохая ремонтопригодность. Если обычный трансформаторный блок легко отремонтировать, заменив практически любой элемент на плате, то с импульсным устройством все сложнее. Поэтому переделка БП компьютера импульсного типа считается сложной задачей. Ремонт в мастерской может обойтись дорого.
2. Излучение высокочастотных помех.

Теперь мы выяснили, что такое БП в компьютере и как они работают. На данный момент на рынке продаются в основном импульсные приборы, а трансформаторные практически отсутствуют.

Как проверить БП компьютера?

Если компьютер не включается, то проблема может заключаться именно в БП. Для проверки устройства нам понадобится мультиметр. Итак, перед тем, как проверить БП компьютера на работоспособность, необходимо отключить все комплектующие и сам БП. Затем берем обычную скрепку, распрямляем ее в форме U. Берем коннектор на 20/24 пина (самый большой) и с помощью нашей скрепки замыкаем черный и зеленый контакты. Учитывая, что пальцы будут касаться металла, нужно убедиться, что блок питания отключен от розетки.

Теперь опускаем скрепку и включаем БП в розетку. Если вентилятор начал вращаться при включении устройства, то значит, что оно рабочее.

Теперь необходимо замерить напряжение на разъемах. В зависимости от модели блока питания напряжение на разъемах может немного отличаться. Поэтому в инструкции (или в интернете) необходимо найти информацию о том, какие параметры напряжения должны быть на разных разъемах и замерить их мультиметром. Если параметры отличаются от нормальных, то значит, что с БП что-то не так.

Внутренний блок питания (power supply) предназначен для преобразования напряжения электросети в такую форму, которую может использовать РС. Он играет важную роль в следующих аспектах РС:

• Стабильность: Высококачественный блок питания достаточной мощности обеспечит годы стабильной работы РС. С другой стороны, некачественный блок питания недостаточной мощности может превратить работу на РС в мучения, создавая трудно диагностируемые проблемы. Достаточно сказать, что стоимость блока питания составляет примерно 2-3% стоимости РС, а проблемы питания и охлаждения составляют примерно треть всех проблем, возникающих в РС.
• Охлаждение: Блок питания содержит основной вентилятор, который управляет потоком воздуха в корпусе РС. Разумеется, этот вентилятор является основным компонентом системы охлаждения РС.
• Экономичность: Новые блоки питания работают совместно с программными средствами с целью снижения потребляемой мощности в интервалы бездействия.
• Возможность расширения РС: Мощность блока питания является одним из факторов, определяющих возможность добавить в РС новые накопители или перейти на более мощные материнскую плату или процессор.

Функции и сигналы блока питания

Основная функция блока питания довольно проста: преобразовать напряжение электросети в такую форму, которую может использовать РС. Однако он должен обеспечить несколько различных напряжений, в также некоторые дополнительные сигналы, которые использует материнская плата.

Преобразование переменного тока в постоянный ток

В электросети действует переменный ток (Alternating Current - AC), а для питания РС требуется постоянный ток (Direct Current - DC). Следовательно, основная функция блока питания заключается в преобразовании AC - DC. Более того, блок питания должен обеспечить несколько уровней напряжения постоянного тока, которые нужны различным компонентам РС.

Несмотря на то, что почти все домашние приборы работают от стандартной электросети AC, некоторые приборы внутри работают на постоянном токе DC. Примером могут служить автоответчики, аудиоаппаратура, а в мире РС - принтеры, модемы и другие периферийные устройства. Признаками использования внутри прибора постоянного тока служат возможность работы от батареи и наличие блока питания. Эти небольшие устройства с вилкой для электросети и разъемом для прибора обычно называются AC-адаптерами (AC adaptors). Фактически эти адаптеры являются преобразователями AC-DC.

Имеется существенное отличие от AC-адаптеров и блока питания РС. Адаптеры являются линейными блоками питания (linear power supplies) и в них более 50% энергии расходуется на тепло. Действительно, многие такие адаптеры нагреваются, что можно проверить рукой. Такая неэкономичность допустима для маломощных адаптеров, но неприемлема для блоков питания РС.

Вместо линейной схемы в РС применяются коммутируемые блоки питания (switching power supplies). Полное рассмотрение схем таких блоков довольно объемное, а краткое описание звучит примерно так: в коммутируемом блоке питания используются транзисторный ключ и замкнутая петля обратной связи для получения стабилизированного выходного напряжения DC независимо от нагрузки, причем потребляемая из электросети мощность расходуется только в нагрузке.

Основное достоинство коммутируемого блока питания - более высокая экономичность по сравнению с линейной схемой (не забывайте, что РС потребляет сотни ватт). Второе достоинство - выделяемое тепло рассеивается системой охлаждения. Основной же недостаток этого типа блока питания состоит в том, что в процессе преобразования генерируются высокочастотные сигналы, которые оказывают влияние на другие устройства (внутри или вне РС). Поэтому блок питания РС всегда заключается в металлический корпус, действующий как экран.

Коэффициентом мощности (power factor) устройства называется отношение фактической мощности, используемой устройством к произведению входных тока и напряжения. Традиционные блоки питания имеют коэффициент мощности примерно от 0.6 до 0.7. Он важен для расчета мощности бесперебойного источника питания (Uninterraptible Power Supply - UPS).

Стандартные выходные напряжения

Для питания различных компонентов РС используются несколько напряжений. За 20-летнюю историю РС базовые напряжения остаются неизменными, но некоторые исчезли и появилось несколько новых. Блок питания формирует все необходимые напряжения, мощность которых зависит от его модели. Он вырабатывает, в основном, положительные напряжения, хотя имеются и отрицательные напряжения.

Величина тока для каждого уровня напряжения имеет важное значение, так как она влияет на определение способности блока питания обеспечить достаточную мощность для РС. Приведем некоторые сведения о различных напряжениях, вырабатываемых современными блоками питания:

• -12 В: Это напряжение применяется в некоторых схемах последовательных портов, усилители которых требуют напряжений -12 В и +12 В. Оно не требуется в некоторых новых РС. Большинство блоков питания вырабатывают напряжение -12 В ради совместимости со старыми аппаратными средствами и токовая нагрузка обычно не превышает 1 А.
• -5 В: Еще одно архаичное напряжение, которое применялось в старых РС для контроллеров гибких дисков и других карт старой шины ISA. Оно обычно вырабатывается ради совместимости со старыми аппаратными средствами и токовая нагрузка обычно не превышает 1 А. В блоках питания с форм-фактором SFX это напряжение не формируется, так как в РС, имеющих блок питания с форм-фактором SFX, слоты шины ISA отсутствуют.
• 0 В: Это земля (общее) электрической системы РС. Сигналы земли от блока питания используются для замыкания цепей с другими напряжениями. Они обеспечивают эталон для измерения остальных напряжений.
• +3.3 В: Новый уровень напряжения современных блоков питания, который имеется в РС с форм-факторами ATX/NLX, SFX и WTX. Вначале наименьшее напряжение для процессора, памяти и остальных схем на материнской плате составляло +5 В. Начиная со второго поколения процессоров Pentium для питания стало применяться пониженное напряжение +3.3 В, чтобы снизить выделение тепла. Из-за этого на материнских платах появились преобразователи напряжения (voltage regulators) для получения +3.3 В из +5 В. Сейчас это напряжение вырабатывает сам блок питания и оно применяется для процессора, некоторых типов системной памяти, видеокарт AGP других схем.
• +5 В: В старых РС это напряжение использовалось для материнской платы, процессора и большинства других компонентов РС. Сейчас произошел переход к напряжению +3.3 В, но для материнской платы и многих ее компонентов все еще применяется напряжение +5 В.
• +12 В: Это напряжение предназначено, в основном, для двигателей дисковых накопителей, а также для вентиляторов и других типов охлаждающих устройств. На системной плате оно не используется, но передается на слоты системной шины для всех карт, которым оно требуется. Конечно, накопители подключаются прямо к блоку питания через свои разъемы.

Сигнал Power Good

При включении РС стабилизированные напряжения на выходе блока питания формируются примерно через половину секунды. Чтобы предотвратить РС с неустановившимися уровнями напряжения, блок питания подает на материнскую плату специальный сигнал, который называется "Power Good", "Power OK" или "PWR OK". Этот сигнал подается после внутреннего тестирования блока питания и сообщает, что питание можно использовать. До получения этого сигнала материнская плата не запускает РС.

Кроме того, блок питания иногда снимает сигнал Power Good, например из-за выброса в сети. При восстановлении напряжения электросети вновь подается сигнал Power Good, который производит сброс компьютера. Если напряжение электросети исчезает более, чем на 15 секунд, блок питания выключается.

Уровень сигнала Power Good составляет +5 В с допуском в 1 В в обе стороны. Все блоки питания формируют это сигнал и для большинства из них определяется временной интервал задержки его после включения компьютера.

Дополнительные сигналы

Блоки питания некоторых форм-факторов определяют дополнительные сигналы наряду со стандартными выходными напряжениями и сигналом Power Good. Многие из дополнительных сигналов считаются необязательными (optional) для форм-фактора. На практике это означает, что эти сигналы во многих блоках питания, особенно дешевых, отсутствуют. Но все же в качественных блоках питания они есть и полезно знать, что они означают.

Примечание: Чтобы дополнительные сигналы функционировали, необходима поддержка их материнской платой. Обычно это означает наличие на ней специального сокета для подачи этих сигналов от блока питания.

Для форм-факторов ATX/NLX определены следующие дополнительные сигналы:

• Наличие +3.3 В (+3.3 V Sense): Этот сигнал применяется для того, чтобы обнаружить подачу уровня напряжения +3.3 В на материнскую плату. Он позволяет блоку питания точно настроить выход +3.3 В в случае чрезмерного падения напряжения между блоком питания и компонентами (особенно процессором), которые используют напряжение +3.3 В.
• FanC: Этот сигнал управления вентилятором (fan control) позволяет материнской плате управлять скоростью вращения вентилятора блока питания. Когда уровень сигнала FanC меньше 1 В, вентилятор выключается, По мере повышения уровня вентилятор вращается быстрее, а когда уровень сигнала FanC больше 10.5 В, вентилятор вращается с полной скоростью. Этот сигнал можно использовать для выключения вентилятора, когда РС переведен в резервный режим или режим отключения. Он также позволяет повышать или снижать скорость вращения вентилятора в зависимости от температуры внутри корпуса РС.
• FanM: Сигнал контроля вентилятора (fan monitor) позволяет материнской плате следить за текущей скоростью вентилятора блока питания. В частности, с его помощью можно оповестить пользователя о выходе из строя основного охлаждающего вентилятора в блоке питания.
• 1394V и 1394R: Эти два сигнала обеспечивают отдельное нестабилизированное напряжение для периферийных устройств с интерфейсом IEEE-1394 ("FireWire"). Это напряжение не используется материнской платой.

Для форм-фактора SFX определен только один дополнительный сигнал "Fan ON/OFF", который эквивалентен рассмотренному ранее сигналу "FanC" форм-фактора ATX.

В форм-факторе WTX имеется несколько дополнительных сигналов. Среди них прежние сигналы +3.3 V Sense, FanC и FanM, а также несколько новых:

• Пассивный режим (Sleep): Переводит блок питания в пассивный режим ("спячку"). Используется для экономии мощности и применяется вместе с сигналом Power On.
• +3.3 В AUX: Это сигнал резервного напряжения +3.3 В, аналогичный сигналу +5 В Standby, определенному для стандарта ATX "Soft Power.
• Наличие +5 В (+5 V Sense): Аналогичен сигналу +3.3 V Sense, но предназначен для напряжения +5 В. Форм-фактор WTX предусматривает также отдельные линии земли (называемые returns) для линий наличия напряжения.

Компоненты блока питания

Конкретная "начинка" блока питания зависит от его форм-фактора и особенностей конструкции, но большинство блоков питания имеют одни и те же общие внешние и внутренние компоненты.

Предупреждение: Внутри блоков питания действуют опасные высокие напряжения. Открывать их можно только после специального обучения. Даже когда блок питания отключен от электросети, в нем некоторое время могут сохраняться опасные напряжения.

Корпус и крышка

Каждый блок питания РС заключен в металлический корпус и имеет металлическую крышку. Крышка обычно крепится винтами и ее можно снять. Корпус блока питания, как и корпус РС, выполняет несколько функций.

Корпус изолирует внутренние компоненты блока питания от остальных частей РС. В частности, он предотвращает интерференцию излучений, характерных для коммутируемых блоков питания, которые могут оказать воздействие на компоненты внутри и вне РС. Индивидуальные владельцы РС должны считать блок питания "черным ящиком", который не требует от них сервиса.

Конструкция корпуса и крышки имеет важное значение, потому что они влияют на охлаждение компонентов блока питания и, в некоторой степени, всего РС. На корпусе имеются вентиляционные отверстия, чтобы вентилятор подавал воздушный поток на критические компоненты блока питания.

Предупреждение: Большинство компаний отменяют гарантию на блок питания (и, возможно, на весь РС), если пользователь открывал блок питания.

Сетевой шнур и переходный разъем

Стандартный сетевой шнур РС (показаны оба его конца)

Почти все РС поставляются со стандартным черным сетевым шнуром, который одним концом (розеткой) вставляется в блок питания, а другим (вилкой) в розетку электросети. Сетевой шнур практически не изменился со времен первых РС. Все сетевые шнуры рассчитаны на подключение тремя проводами.

Предупреждение: Отсутствие подключения земли делает РС потенциально опасным.

Некоторые блоки питания, особенно старые, имеют сзади "проходной" разъем, к которому можно подключить сетевой шнур монитора. В этом случае монитор включается и выключается сетевым выключателем РС. Такая возможность имелась в старых блоках питания с форм-факторами PC/XT, AT и Baby AT и позволяла использовать для РС только одну розетку электросети. На рисунке красный переключатель посередине выбирает напряжение электросети. Обратите внимание на параметры входного тока с правой стороны.

Примечание: Блок питания РС не подает свои выходные напряжения на монитор при использовании проходного разъема. Этот разъем предназначен только для того, чтобы включать и выключать монитор одновременно с РС (и экономии одной розетки электросети).

Сетевой выключатель

В старых корпусах с форм-фактором PC/XT сетевой выключатель находился с правой стороны корпуса. Фактически он располагался в самом блоке питания. Такое расположение сетевого выключателя было неудобным для пользователей.

Начиная с форм-фактора AT, стал применяться удаленный сетевой выключатель, который соединялся с блоком питания кабелем. Выключатель обычно располагался на лицевой стороне корпуса.

Кабель удаленного выключателя имеет четыре провода (пятый земляной провод необязателен). Одна пара проводов (коричневый и синий) подходила к сетевому шнуру сзади блока питания. Вторая пара (черный и белый) соединяла выключатель со схемами блока питания. При включении коричневый провод соединялся с черным, а синий с белым, поэтому на блок питания подавалось напряжение электросети. Провода подключались к разъему на выключателе.

Предупреждение: Коричневый и синий провода, подходящие к сетевому выключателю в компьютерах типа AT несут напряжение 110 В (или 220 В) при подключении к розетке электросети, даже когда компьютер выключен. Нельзя работать внутри РС, когда его сетевой шнур подключен к розетке электросети.

Предупреждение: Переключение пар проводов с одной стороны разъема выключателя на другую не вызовет проблем, если обменять черный провод с коричневым, а белый с синим. Однако при случайной обмене черного провода с синим и белого с коричневым результатом будет перегорание плавкого предохранителя и даже дым!

Начиная с форм-фактора ATX/NLX, способ работы сетевого выключателя совершенно изменился. Вместо физического переключателя, подключенного к блоку питания, в современных РС используется электронный сетевой выключатель. Он соединяется с материнской платой и обеспечивает так называемое мягкое питание (soft power). Например, в РС с форм-фактором ATX нажатие кнопки включения РС не включает блок питания, а посылает на материнскую плату "запрос" включения РС. В результате конструкция включателя упростилась, а по проводникам передаются только слаботочные сигналы.

При отключении электросети приходится учитывать одну особенность "мягкого питания". Предположим, что РС работает без присутствия людей. При отключении электросети РС выключается. Пусть через несколько часов напряжение электросети восстанавливается. РС со старым механическим выключателем сразу же включается, так как блок питания начинает работать. Однако в РС с блоком питания, имеющим форм-фактор ATX/NLX, SFX или WTX, блок питания не включается, ожидая сигнала от материнской платы. Для индивидуальных пользователей РС это не проблема, но оказывается серьезной проблемой для серверов, которые работают без присутствия людей. Для решения этой проблемы в некоторых высококачественных блоках питания предусмотрено средство авторестарта (auto-restart), которое включает компьютер, когда обнаруживается восстановление напряжения электросети.

Селектор внешнего напряжения

Блоки питания PC рассчитаны на напряжения электросети 110 в, 220 В или оба. В последнем случае сзади блока питания имеется переключатель (селектор), который управляет используемым напряжением. Более дорогие блоки питания автоматически определяют имеющееся напряжение электросети.

Предупреждение: Перед самым первым включением РС необходимо убедиться в правильном положении селектора внешнего напряжения электросети.

Схемы преобразования напряжения

Компоненты блока питания обычно смонтированы на печатной плате. Все входные и выходные кабели блока питания подключены к этой плате. На рисунке виден светлый блок справа внизу - это теплоотвод для охлаждения некоторых компонентов. Провода идут к удаленному сетевому выключателю (их можно узнать по цвету).

Внутренние схемы выполняют преобразование переменного тока в постоянный и выполняют другие функции блока питания. В новых блоках питания большинство компонентов выполнено в виде микросхем. Для охлаждения компонентов используется вентилятор блока питания.

Разъемы питания материнской платы

Соединения между блоком питания и материнской платой являются одними из важнейших в РС.

С помощью их передаются напряжения питания и другие сигналы. В РС различных форм-факторов применяются отличающиеся между собой разъемы.

Большинство проводов, соединяющих блок питания и материнскую плату, сделаны из меди, которая отличается хорошими проводимостью и гибкостью. Важнейшим параметром провода является его поперечное сечение, так как сопротивление провода обратно пропорционально площади его поперечного сечения. Толщина проводов определяется передаваемой по ним мощностью. Большинство разъемов на материнских платах рассчитано на несколько проводов, по которым подаются основные уровни напряжения.

Диаметр (мм) Поперечная площадь (кв. мм) Приближенный максимальный ток (A)

В США толщину проводов определяет стандарт American Wire Gauge (AWG). Чем меньше номер AWG, тем больше провод. Эти номера имеют диапазон от 0 (и даже ниже 0) до 50, но для РС обычно применяются номера от 8 до 24. Для разъемов на материнской плате обычно применяются провода с номерами AWG 16, 18, 20 или 22. В таблице слева приведены эти четыре размера и их параметры. Обратите внимание на то, что номера нелинейно связаны с размером проводов; например, провод AWG 16 имеет поперечное сечение почти в четыре раза больше провода AWG 22. Имеются стандарты, устанавливающие цвета изоляции проводов, чтобы их было проще идентифицировать. Большинство производителей придерживаются этих стандартов.

Далее приведены рисунки, показывающие конфигурации контактов разъемов для различных форм-факторов. На каждой диаграмме контакты на разъеме блока питания показаны в их правильной ориентации. Цвет каждого контакта соответствует стандартному цвету провода для данного контакта. Вне прямоугольного контура каждого разъема рядом с контактом показан рекомендуемый размер AWG для подходящего к данному контакту провода и название сигнала или напряжения. Отметим, что диаграммы не масштабированы и показаны со стороны разъема блока питания. Для разъемов с двумя столбцами соответствующий разъем материнской платы будем иметь контакты в "зеркальном отражении".

Рассмотрим разъемы, начиная со старых форм-факторов. Во всех форм-факторах PC/XT, AT, Baby AT и LPX использовалась одна и та же пара 6-проводных разъемов, которые назывались разъемами типа АТ. Обычно разъемы маркировались как "P8" и "P9" (первоначальная маркировка компании IBM) или "P1" и "P2". (Фактически в PC/XT отсутствует сигнал +5 В на контакте #2 разъема P8.)

Самая серьезная проблема для этих разъемов питания состояла в том, что их было два и оба они имели одинаковые размеры и форму. Оба разъема имели ключи, так что вставить наоборот было невозможно, но перепутать их вполне возможно. В этом случае провода земли оказываются там, где материнская плата ожидает напряжения электросети и наоборот, что приводит к катастрофическим последствиям. Поэтому технический персонал быстро сформулировал такое правило: "черные провода вместе и в середине".

Основной разъем питания ATX/NLX (провода AWG 18)

Начиная с блоков питания ATX/NLX, фирма Intel устранила потенциальный риск путаницы P8/P9, реализовав основное соединение в одном месте и используя только различные формы для всех других соединений между блоком питания и материнской платой. Такие разъемы называются разъемами "ATX Style". Для основного подключения блока питания применяется 20-контактный разъем с квадратным отверстием для контакта #1 и круглыми отверстиями для остальных 19 контактов.

Кроме того, спецификация АТХ (версия 2.03) определяет дополнительный 6-проводный разъем (в конфигурации 1x6) и необязательный 6-проводный разъем (в конфигурации 2x3). Дополнительный разъем предназначен для материнских плат с большой потребляемой мощностью (250 Вт и более); он содержит более толстые провода (AWG 16) для напряжений питания +3.3 В и +5 В. Необязательный разъем предназначен для дополнительных сигналов.

Основной разъем блока питания SFX очень похож на аналогичный разъем ATX. Единственное отличие состоит в отсутствии контакта #18, так как спецификация SFX не определяет сигнал -5 В. Необязательный разъем SFX аналогичен соответствующему разъему ATX, но предусматривается только сигнал Fan ON/OFF на контакте #2. Дополнительного разъема для блока питания SFX нет, так как он не рассчитан на значительную мощность.

Поскольку форм-фактор WTX разработан для рабочих станций, в нем имеется большое число соединений для передачи значительных токов, вырабатываемых блоком питания. Поэтому блоки питания WTX имеют совершенно другой интерфейс с материнской платой. Двумя первичными разъемами являются 24-контактный "основной" разъем ("P1") и 22-контактный "дополнительный" разъем ("P2"). Несмотря на название "необязательный" разъем P2 фактически необходим, так как здесь сосредоточены все управляющие сигналы.

Кроме рассмотренных разъемов определены еще три разъема. Разъем Р3 является 8-контактным необязательным разъемом (используются 6 контактов), который подает +12 В на необязательные мощные модули или преобразователи DC-DC для дополнительных процессоров и/или модулей памяти. Разъемы P4 и P5 - это 6-контактные необязательные разъемы того же назначения (для материнских плат с несколькими процессорами).

Примечание: В дополнение к рассмотренным разъемам новые форм-факторы, поддерживающие "мягкое питание", имеют соединение выключателя питания на корпусе РС с материнской платой.

Разъемы питания накопителей

Разъем жесткого диска

Блок питания обеспечивает прямое питание внутренних жесткого диска, гибкого диска, CD/DVD и других накопителей с помощью 4-проводных разъемов, которые подключаются сзади каждого накопителя. Четыре провода - это питание +4 В и +12 В и два провода земли.

Имеются два основных стиля разъемов. Разъем большего размера, часто называемый Molex (по названию компании), имеет ключ, определяемый самой D-образной формой разъема и применяется для большинства внутренний накопителей, включая жесткий диск, CD/DVD, Zip и другие сменные носители, а также старые накопители на гибком диске 5.25". Разъем меньшего размера, часто называемый "mini-plug", применяется для накопителя на гибком диске 3.5" Он также имеет ключ, отличающийся от ключа большого разъема, и фактически крепится с помощью зажима.

Число разъемов в блоках питания сильно варьируется - от 3-4 до дюжины. В общем, чем мощнее блок питания, тем больше разъемов он имеет. Когда разъемов не хватает, можно воспользоваться Y-образным раздвоителем. Такие раздвоители все чаще применяются в новых РС, которые имеют не только больше накопителей, но и больше вентиляторов и устройств для охлаждения, которые часто подключаются с помощью разъема питания дискового накопителя. Разумеется, что Y-образный раздвоитель не увеличивает мощность блока питания.

Большинство РС поставляются только с одним разъемом mini-plug, так как имеют только один накопитель на гибком диске. При необходимости иметь два разъема mini-plug, можно воспользоваться простым адаптером для преобразования разъема большого стиля в малый.

Вентилятор блока питания обычно имеет внутреннее соединение, но для каждого дополнительного вентилятора требуется разъем накопителя. Вентиляторы обычно не потребляют значительной мощности. Для RAID-накопителей, рассчитанных на горячую замену, обычные дисковые разъемы не применяются. Накопители вставляются в специальные отсеки и подключаются через встроенный разъем, который позволяет вынимать накопители при обычной работе системы.

Вентилятор блока питания

Одним из важных компонентов блока питания является вентилятор. Уже в первых РС он был основным источником охлаждения всего РС. Конечно, в современных РС имеются и другие средства охлаждения, включая дополнительные вентиляторы и кулеры (cooler) процессоров, но вентилятор блока питания вносит существенный вклад в охлаждение РС.

Вентилятор обычно находится сзади блока питания и для него предусмотрены специальные отверстия. Двигатели большинства вентиляторов работают от напряжения +12 В; проводник красного цвета подводит +12 В, а черного цвета - землю.

В большинстве новых РС имеются дополнительные вентиляторы для лучшего охлаждения компонентов РС. Обычно они монтируются в специальных местах по периферии корпуса РС. Стандартные размеры вентилятора 80х80 мм, но выпускаются и вентиляторы других размеров.

На качество вентиляторов сильно влияет конструкция двигателей и, в частности, подшипники двигателей. Обычно применяются долговечные шарикоподшипники, которые надежно работают многие годы.

Еще одним качественным показателем вентилятора является объем воздуха, перегоняемый в единицу времени. Обычно этот показатель дается числом кубических футов в минуту (Cubit Feet per Minute - CFM). Чем больше этот показатель, тем большую работу выполняет вентилятор. Скоростью вращения вентилятора в некоторых РС управляют с помощью сигналов FanC, FanM и/или Fan On/Off. Во многих блоках питания имеется также автоматическое тепловое управление вентилятором: скорость вращения вентилятора увеличивается или уменьшается в зависимости от внутренней температуры блока питания без участия других компонентов РС. На рисунке слева показан малошумящий вентилятор (silincer), для подключения которого применяется разъем дискового накопителя.

По всей вероятности, вентилятор блока питания выйдет из строя раньше других компонентов. Обычной причиной отказа является пыль, попадающая в двигатель. Среднее время безотказной работы сильно уменьшается при использовании РС в пыльной и грязной среде, а также из-за продолжительного перерыва между чистками РС. При выходе вентилятора из строя происходит перегрев как компонентов самого блока питания, так и других компонентов РС. Компьютер, в котором предусмотрен сигнал контроля вентилятора FanM, может обнаружить отказ вентилятора и известить пользователя звуковым сигналом или выключить РС. Перегрев могут также обнаружить схемы контроля температуры внутри корпуса РС.

По-видимому, вентилятор оказывается единственным компонентом, который может заменить конечный пользователь (хотя этого делать не рекомендуется из-за необходимости открывать блок питания). При замене лучше всего использовать вентилятор того же типа, который вышел из строя. Чтобы не открывать блок питания, можно воспользоваться внешним вентилятором, который подключается прямо в розетку электросети. Такие довольно мощные вентиляторы предназначены для улучшения среды внутреннего вентилятора, даже когда он работает.

Последний вопрос относится к направлению, в котором вентилятор блока питания "гонит" воздух. Старые блоки питания PC/XT, AT, Baby AT и LPX "выталкивали" воздух из корпуса РС. Однако начиная с процессора Intel 486, для процессора потребовалось отдельное охлаждение. Для этого фирма Intel разработала форм-фактор ATX, в котором направление воздуха изменено, а блок питания придвинут к краю корпуса блока питания, чтобы использовать вентилятор блока питания и для охлаждения процессора. Впоследствии, когда оказалось, что для процессора требуется специальное охлаждение, а вентилятор блока питания "гонит" уже нагретый воздух, фирма Intel сделала направление (и расположение) вентилятора необязательным.

Вентилятор, который "втягивает" воздух в корпус РС, имеет определенное преимущество по сравнению с вентилятором, который "выталкивает" воздух. Во втором случае воздух просачивается через все отверстия и щели в корпусе, а в первом воздух поступает через входное отверстие вентилятора блока питания. Если в это отверстие вставить фильтр, можно резко сократить поступление пыли и грязи внутрь корпуса РС.

Плавкий предохранитель

Некоторые блоки питания поставляются со встроенным плавким предохранителем. Он должен обеспечить защиту схем блока питания от повреждения в случае перегрузки. "Перегоревший" предохранить можно заменить и после этого блок питания должен работать исправно. К сожалению, многие блоки питания РС не имеют плавких предохранителей. Кроме того, в некоторых блоках питания плавкий предохранитель "спрятан" внутри корпуса блока питания и для его замены приходится открывать крышку блока питания. Поэтому рекомендуется проверить, имеется ли в РС плавкий предохранитель, допускающий замену пользователем.

Форм-факторы блоков питания

Понятие форм-фактор (form factor) блока питания относится к его общей конструкции и размерам. Форм-фактор блока питания должен соответствовать форм-факторам корпуса РС и материнской платы. Много о форм-факторах блоков питания не говорят, так как они обычно встроены в системные корпуса и поэтому больше говорят о форм-факторах корпусов. Однако эта ситуация меняется по мере того, как блокам питания уделяется больше внимания. Кроме того, блоки питания с новыми форм-факторами часто могут работать с несколькими типами корпусов и наоборот. В этом разделе содержится подробная информация о форм-факторах блоков питания современных и старых РС, а также проводится их сравнительная оценка.

Форм-фактор PC/XT

Блоки питания первого компьютера IBM PC и его преемника IBM PC/XT с жестким диском использовали один и тот же форм-фактор. В этих настольных РС блок питания размещался в задней части корпуса с правой стороны, а для управления им применялся переключатель типа "вверх/вниз". Напомним, что компания IBM решила сделать архитектуру своего РС открытой , чтобы другие производители могли выпускать блоки питания с аналогичными формой и размерами. В результате родился первый "стандартный" форм-фактор для РС. Блок питания имел размеры 222 мм (ширина), 100 мм (высота) и 142 мм (глубина).

Компьютеры PC/XT поставлялись только в настольном варианте. Они содержали два накопителя на гибком диске 5.25" и имели ограниченные возможности расширения. Мощность блока питания IBM/PC составляла всего 63 Вт. В PC/XT был введен жесткий диск и мощность блока питания была увеличена до 130 Вт. Сами блоки питания были тяжелыми и большими, так как в них применялись старые компоненты. Разумеется, блоки питания использовались с корпусами и материнскими платами, имеющими форм-фактор PC/XT. Форм-фактор PC/XT блока питания известен парой 6-контактных разъемов на материнской плате, которые сохранились в форм-факторах Baby AT и LPX, а также 4-проводными разъемами для дисковых накопителей, которые применяются до сих пор. Разумеется, эти РС давно устарели.

Форм-фактор AT

В 1984 г. появился компьютер IBM PC/AT, причем аббревиатура AT (Advanced Technology) употребляется в некоторых контекстах до сих пор. Общий физический дизайн блока питания этого компьютера напоминал блоки питания моделей PC и XT, но из-за несколько измененных размеров считается, что он определил новый форм-фактор. Многие производители стали выпускать AT-совместимые системы, а с ними и блоки питания с форм-фактором AT. Мощность нового блока питания составляла 192 Вт и он имел размеры 213 мм (ширина), 150 мм (высота) и 150 мм (глубина). Блок питания применялся с корпусами, имеющими форм-фактор AT, и с материнскими платами, имеющими форм-факторы AT и Baby AT. В нем имелись такие же разъемы на материнской плате и такие разъемы для дисковых накопителей, как и в блоке питания с форм-фактором PC/XT.

Форм-фактор AT впервые ввел в мир РС корпуса типа "тауэр". Блок питания для настольного корпуса и "тауэра" внутри были совершенно одинаковы. Единственное отличие касалось сетевого выключателя. В блоке питания настольного компьютера использовался такой же красный выключатель, как в PC и XT, а для "тауэра" впервые появился удаленный сетевой выключатель. Управляющие проводники проходили через то же отверстие в корпусе блока питания, которое использовалось для проводов материнской платы и разъемов для накопителей. Конечно, сейчас форм-фактор АТ устарел, хотя многие компьютеры используются до сих пор. На смену этому форм-фактору через несколько лет пришел более совершенный форм-фактор Baby AT.

Форм-фактор Baby AT

Название Baby AT объясняется тем, что этот форм-фактор был уменьшенным вариантом форм-фактора AT. Он имел такие же высоту и глубину, но был почти на 2 дюйма уже. Блок питания можно было использовать в корпусах с форм-факторами Baby AT и полноразмерного AT как в настольном исполнении, так и для корпусов типа "тауэр". Практически форм-фактор Baby AT был очень популярен в течение десяти лет: с 1985 г. по 1995 г. значительная часть РС выпускалась с этим форм-фактором, хотя во многих из них использовался и новый форм-фактор LPX.

Блоки питания Baby AT применялись в настольных корпусах и корпусах типа "тауэр"; они отличались только сетевым выключателем. Очень быстро и в настольных РС стали применяться блоки питания для корпуса "тауэр", так как многим пользователям было удобнее иметь сетевой выключатель на лицевой панели, а не сбоку.

В новых РС этот форм-фактор заменили форм-фактор ATX и другие форм-факторы. Однако до сих пор работают миллионы РС с блоками питания Baby AT.

Форм-фактор LPX

Наряду с форм-фактором Baby AT получил широкое распространение и форм-фактор LPX (буквы LP означают low-profile - плоский). Сами блоки питания LPX часто назывались плоскими (slimline). Основная цель при разработке этого форм-фактора заключалась в уменьшении размеров. В частности, высота блока питания была значительно уменьшена, что позволило создать компактные потребительские РС. Размеры блока питания составляли: 150 мм (ширина), 86 мм (высота) и 140 мм (глубина). Разъемы у блока питания LPX были такими же, как у Baby AT и AT.

Несмотря на то, что блоки питания LPX никогда не признавались стандартом, они фактически превратились в стандарт. Благодаря небольшим размерам и удобной прямоугольной форме они широко применялись в корпусах Baby AT и даже полноразмерных корпусах AT. Миллионы этих блоков питания используются до сих пор.

Форм-фактор ATX (NLX)

Во время своего объявления в 1995 г. фирмой Intel форм-фактор ATX оказался наиболее существенным изменением в конструировании РС с момента их появления. Спустя несколько лет форм-фактор ATX и его варианты стали сейчас стандартом для существенной доли рынка РС. Более того, новый форм-фактор NLX материнских плат и корпусов был рассчитан на блок питания ATX, так как фирма Intel хотела избежать появления нового форм-фактора блоков питания. Поэтому иногда форм-фактор ATX называется форм-фактором ATX/NLX.

Внешне блок питания ATX был похож на блок питания LPX своими размерами и размещением компонентов. Самое важное внешнее отличие касалось удаления проходного разъема для монитора, так как современные мониторы выпускаются со своим сетевым шнуром. Размеры блока питания ATX составляют: 114 мм (ширина), 86 мм (высота) и 86 мм (глубина).

Однако внутренне форм-фактор ATX совершенно отличался от предыдущих форм-факторов. Блок питания ATX отличался от стандартов Baby AT и LPX в следующих отношениях:

• Настоящий стандарт: Форм-фактор ATX представлял собой официальный стандарт в отличие от de facto стандартов прежних форм-факторов. Подробные спецификации АТХ и других новых форм-факторах можно посмотреть в файле http://www.teleport.com/~ffsupprt/spec/index.htm
• Питание +3.3 В: Блок питания ATX впервые вырабатывает напряжение питания +3.3 В, что делает ненужными преобразователи напряжения на материнской плате.
• "Мягкое питание" (soft power): В блоке питания ATX появились сигналы +5 Standby и Power On. С появлением этих сигналов изменился способ работы сетевого выключателя, что позволило реализовать средство "мягкого питания" с такими возможностями, как выключение РС операционной системой.
• Дополнительные сигналы: В стандарте ATX определено несколько дополнительных сигналов, используемых для управления вентилятором, совместимости с шиной IEEE 1394 и др.
• Новые разъемы на материнской плате: Для форм-фактора АТХ фирма Intel определила новые разъемы на материнской плате, которые оставались неизменными 15 лет в форм-факторах PC/XT, AT, Baby AT и LPX. Ради совместимости на некоторых материнских платах предусматривались новые и старые разъемы.
• Изменение размещения и направления вентилятора: Одна из целей спецификации АТХ состояла в изменении способа работы вентилятора блока питания. Ко времени появления АТХ охлаждающие вентиляторы стали стандартом для новых процессоров. Вместо "выдувания" воздуха из корпуса РС, фирма Intel решила использовать вентилятор и для прямого охлаждения процессора. Вентилятор стал работать в другом направлении ("втягивать" воздух в корпус РС) и размещался вблизи процессора. Стало возможным лучше поддерживать чистоту внутри корпуса РС с помощью фильтра.
  К сожалению, кардинально решить проблему охлаждения процессора не удалось. Новые процессоры выделяли все больше тепла, а обдувающий процессор воздух был нагрет компонентами самого блока питания. Поэтому в новой спецификации АТХ направление вентилятора жестко не определялось. В новейших блоках питания АТХ вентилятор размещается на старом месте и "выдувает" воздух из корпуса РС.

Блоки питания АТХ применяются очень широко. Рассчитанные первоначально на корпуса АТХ и материнские платы АТХ (и мини-ATX) блоки питания АТХ сейчас используются в системах NLX, а также в корпусах microATX, если они достаточно велики. Основные разъемы на материнской плате для блоков питания с форм-факторами АТХ и SFX практически одинаковы.

Форм-фактор SFX

В стремлении разработать РС все меньших размеров фирма Intel в 1997 г. объявила новый форм-фактор microATX на основе оригинального форм-фактора ATX. В 1999 г. она выпустила дополнение FlexATX для спецификации microATX, в котором представила планы разработки стандарта на еще меньшие корпуса и материнские платы. Ни один из этих форм-факторов не содержал спецификаций для блока питания. Вместо этого фирма Intel разработала форм-фактор блока питания SFX, который могли использовать microATX и FlexATX.

Спецификация SFX определяет принимаемую по умолчанию конфигурацию и несколько вариантов. Обычный блок питания SFX имеет ширину 100 мм, высоту 63.5 мм и глубину 125 мм. Он имеет охлаждающий вентилятор 60 мм. Необязательная конфигурация допускает размещение вверху блока питания вентилятора 80 мм, который обеспечивает лучшее охлаждение. При этом высота блока питания увеличивается примерно на 10 мм. Еще один вариант определяет "сверхмалый" блок питания с размерами 100 x 50 x 125 мм и вентилятором 40 мм, который предназначен для охлаждения только блока питания.

Блок питания SFX, в основном, взаимозаменяем с блоком питания АТХ. Основной 20-контактный разъем на имеет такие же форму и размеры, что и разъем АТХ. Одно из отличий заключается в том, что спецификация блока питания SFX не требует совместимости с напряжением -5 В. Это напряжение необходимо только для совместимости с шиной ISA, а фирма Intel хочет удалить из РС эту шину. РС с блоками питания SFX и требующие напряжение -5 В должны формировать его на материнской плате. Спецификация блока питания SFX требует, чтобы блок питания сам управлял скоростью вентилятора в зависимости от температуры, но в необязательном разъеме SFX на материнской плате предусмотрен сигнал Fan On/Off.

Выходная мощность блока питания SFX составляет 90 Вт. Ее достаточно для небольших РС с маломощными процессорами и несколькими периферийными устройствами, но возможности расширения ограничены. К счастью, некоторые производители выпускают блоки питания SFX с намного большей выходной мощностью.

Форм-фактор WTX

Форм-фактор WTX разработан фирмой Intel в 1998 г. и ориентирован на рабочие станции. Он определяет стандарт на материнские платы, корпуса и блоки питания и совершенно отличается от предыдущих форм-факторов. В его основе лежит модульный принцип, который ориентирован на большие мультипроцессорные системы. Система физически разбивается на отдельные "зоны", в которых реализуются различные функции. Материнская плата монтируется на специальной монтажной плате, что позволяет разрабатывать платы, не связываясь с ограничениями монтажных отверстий. Блок питания полностью изменен, чтобы удовлетворять потребностям новых больших систем. Спецификации форм-фактора WTX имеются на сайте http://www.wtx.org .

Блоки питания WTX являются большими и мощными. В спецификации предусмотрены блоки питания с мощностью 460 Вт, 610 Вт и 800 Вт, но возможны и другие. Размеры блока питания на 500 Вт с одним вентилятором составляют: ширина 150 мм, высота 86 мм и глубина 230 мм. Для более мощных блоков питания рекомендуется использовать два вентилятора, что увеличивает ширину до 224 мм.

Разъемы на материнской плате для WTX совершенно отличаются от разъемов ATX и SFX. Основное соединение реализуют два больших разъема с 46 контактами (из них 6 зарезервированы на будущее). Предусмотрены также несколько необязательных разъемов для питания дополнительных процессоров и других устройств. Блок питания WTX формирует также несколько специфичных дополнительных сигналов и рассчитан на корпуса WTX и материнские платы WTX. Он обычно имеет много разъемов для дисковых накопителей и специальные средства для монтирования RAID-отсеков.

Сравнение форм-факторов блоков питания

В следующей таблице приведены сводные данные по форм-факторам блоков питания. Приведены их размеры, обычный стиль системы и типы разъемов на материнской плате. Обозначение AT/ATX Combo относится к корпусам, рассчитанным на блоки питания AT или ATX и материнские платы с разъемами типа AT и ATX.

Примечание: Блоки питания SFX и ATX, в общем, взаимозаменяемы, потому что их 20-контактные разъемы на материнской плате почти идентичны. Однако блок питания не формирует напряжение -5 В, которое может потребоваться в РС, использующим карты расширения шины ISA.

Форм-фактор	Типичные размеры (W x D x H, мм)	Обычный стиль	Разъема на материнской плате	Соответствие форм-фактору корпуса	Соответствие форм-фактору материнской платы
		Настольный
		Настольный или тауэр
		Настольный или тауэр		Baby AT, AT, AT/ATX Combo	AT, Baby AT, AT/ATX Combo
		Настольный		LPX, некоторые Baby AT, AT/ATX Combo	LPX, AT, Baby AT, AT/ATX Combo
		Настольный или тауэр		ATX, Mini-ATX, Extended ATX, NLX, microATX, AT/ATX Combo	ATX, Mini-ATX, Extended ATX, NLX, microATX, FlexATX
	100 x 125 x 63.5 *	Настольный или тауэр			microATX, FlexATX, ATX, Mini-ATX, NLX
	150 x 230 x 86 (1 вентилятор) 224 x 230 x 86 (2 вентилятора)

* Стандартная конфигурация, не учитывающая дополнительный вентилятор сверху.

Выходы и параметры блоков питания

В этом разделе подробно рассмотрены вопросы, касающиеся выходной мощности и параметров блоков питания. Обсуждаются также требования к питанию РС, пиковая мощность и нагрузка блоков питания.

Выходная мощность

Когда говорят о выходе блока питания, обычно подразумевают определенное число ватт. Конечно, это удобный параметр, но, к сожалению, довольно расплывчатый и неточный. Покупка блока питания по его "ваттам" похожа на покупку автомобиля только с учетом мощности двигателя без учета других важных факторов. В обоих случаях этот параметр важен, но на практике приходится учитывать не только его.

Начнем с рассмотрения того, что означает данный параметр. Для примера возьмем блок питания на "300 W". Что в действительности показывает это число? Это общая максимальная выходная мощность всех напряжений, которую обеспечивает блок питания. Для постоянного тока вычисление мощности сводится к умножению напряжения в вольтах на ток в амперах. Однако блоки питания вырабатывают несколько различных напряжений, поэтому знания общего числа ватт недостаточно.

Спецификация выходов блока питания содержит все напряжения, которые вырабатывает блок питания, и токи для каждого напряжения. (Обычно приводятся также сведения о пиковом выходе и минимальной нагрузке.) Иногда этот перечень называется распределением мощности (power distribution) блока питания. Каждое напряжение используется в РС для разных целей , поэтому важно проверить значения тока для каждого напряжения, а не просто опираться на суммарные ватты блока питания. Можно также использовать распределение мощности для вычисления общей выходной мощности блока питания и сравнить с публикуемыми. Расчет зависит от форм-фактора блока питания и, в частности, от того, вырабатывает ли блок питания напряжение +3.3 В.

Выходное напряжение Максимальный ток (А) Макс. мощность 144 + 150 + 1.5 + 12 = 307.5

Для форм-факторов PC/XT, AT, Baby AT и LPX, в которых нет напряжения +3.3 В, умножение каждого напряжения на максимальное значение тока дает приближенную общую выходную мощность блока питания. Конечно, для отрицательных напряжений необходимо суммировать произведения, а не вычитать. В таблице приведен пример распределения мощности реального блока питания AT мощностью 300 Вт. Видно, что итог довольно близок к параметру спецификации блока питания.

Выходное напряжение Максимальный ток (А) Макс. мощность для выходного напряжения (Вт) Предел +3.3 В/+5 В 96 + 150 + 2.5 + 6 + 7.5 = 262

Для форм-факторов ATX/NLX, SFX и WTX, которые обеспечивают напряжение +3.3 В (а также +5 В Standby и потенциально другие), появляется дополнительная сложность: имеются максимальные значения для каждого из токов напряжений +3.3 В и +5 В, а также объединенное значение +3.3 В/+5 В. Блок питания обеспечивает объединенное общее этих двух напряжений в любой комбинации, если значения отдельных токов не превышаются. В таблице приведен пример распределения мощности реального блока питания АТХ мощностью 300 Вт.

Отметим здесь несколько моментов:

• Производитель этого блока питания обманывает потребителей: блок питания 300 Вт в действительности отдает мощность только 262 Вт. Такое явление широко распространено, поэтому необходимо производить контрольный расчет.
• Данный блок питания обеспечивает максимум 150 Вт для напряжений +3.3 В и +5 В. Но это означает, что он может отдавать 30 А для +5 В и 0 А для +3.3 В или 20.8 А для +5 В и 14 А для +3.3 В или любую промежуточную комбинацию.
• Если не обратить внимания на объединенный предел +3.3 В/+5 В, отдел маркетинга производителя может выдать блок питания за более мощный, чем он есть на самом деле.

Напомним, что речь идет о максимальных значениях. Блок питания отдает только такой ток, который требует РС. Блок питания на 300 Вт не всегда отдает мощность 300 Вт. Большинство РС использует намного меньшую мощность, чем максимум.

Системные требования к мощности

Цель анализа распределения мощности и выходных параметров блока питания состоит в том, чтобы он обеспечил требуемую для работы РС мощность. Здесь очень важно знать, какую мощность использует РС. Задача эта не простая, а производители РС совсем не упрощают ее решение.

При выборе блока питания необходимо обязательно предусмотреть возможность расширения . Многие пользователи приобретают материнские платы и корпуса, обеспечивающие переход на новые процессоры и подключение разнообразных периферийных устройств. Однако питание для работы этих устройств предоставляет только блок питания, мощность которого часто не учитывается. Новые процессоры очень требовательны к питанию, особенно к суммарной мощности напряжений +3.3 В и +5 В. Поэтому планируя модернизировать РС, необходимо предусмотреть запас мощности блока питания.

Определение требований системы по мощности может оказаться простой или сложной задачей в зависимости от того, производится ли грубая оценка или точный расчет. Рассмотрим некоторые полезные методы определения требований системы по мощности:

• Подход "Не хочу связываться со всем этим": Для большинства пользователей рекомендуется этот простой метод: нужно приобрести мощный блок питания и впоследствии не заботиться о проблеме питания. Вместо того, чтобы произвести расчет и узнать, что система требует 142.791 Вт, а затем приобрести блок питания на 150 Вт, следует просто приобрести блок питания мощностью 259 Вт. Этой мощности хватит для большинства обычных настольных РС. Для типичного тауэра обычно достаточно блока питания 300 Вт.
• Приближенный расчет: С учетом целевого использования РС и его расширения в будущем следует приближенно оценить необходимую мощность блока питания. В этом значительную помощь оказывает опыт использования РС и знание его компонентов.
• Точный расчет: Необходимо произвести расчет по спецификациям компонентов РС. Для каждого напряжения следует найти максимальный потребляемый ток для каждого устройства и определить мощность блока питания. Сделать такой расчет затруднительно, так как для многих устройств подробные спецификации мощности отсутствуют. Этот подход рекомендуется только для пользователей, досконально знающих компоненты РС и имеющих много времени.

Пиковая и непрерывная мощность

Сообщаемые производителем значения тока (или мощности) для устройства, например жесткого диска, обычно относятся к обычной непрерывной работе. Однако фактическое пиковое потребление мощности устройством происходит при запуске, а не в процессе непрерывной работы. Напряжение +12 В от блока питания обычно применяется для двигателей дисковых накопителей. По своей конструкции эти двигатели при разгоне могут потреблять удвоенный ток по сравнению с обычной работой. Если в РС есть три или четыре накопителя и все они включаются одновременно, требования к мощности для напряжения +12 В значительно возрастают.

К счастью, большинство производителей блоков питания учитывают это обстоятельство и встраивают в блоки питания способность превышать обычный выход на короткое время в процессе запуска. Обычно это определяется как пиковое значение, причем часто только для напряжения +12 В, для которого характерна рассматриваемая проблема.

Несмотря на эту возможность, рекомендуется не нагружать блок питания до его предельной мощности. Желательно также использовать средство задержки включения двигателей накопителей при первом запуске РС, чтобы не перегружать источник напряжения +12 В.

Избыточные блоки питания

Сейчас в серверах и мощных РС стали применяться избыточные блоки питания (redundant power supply). По существу, это блок питания, который фактически содержит два или более устройств, каждое из которых способно обеспечивать питание всей системы. В случае отказа одного из устройств другое устройство "бесшовно" предотвращает прерывание питания РС. Обычно можно даже заменить отказавшее устройство, не выключая компьютера. Такая возможность называется горячей заменой (hot swapping) и она очень важна для серверов и других компьютеров, которые использует множество людей. Обычно избыточные блоки питания применяются совместно с RAID-дисками в тех системах, где очень важное значение имеет отказоустойчивость.

Нагрузка блока питания

Принцип работы используемых в PC коммутируемых блоков питания требует, чтобы они всегда имели нагрузку (load). Блок питания, который включается без нагрузки либо выходит из строя, либо работает неправильно. Качественные блоки питания автоматически обнаруживают отсутствие нагрузки и выключаются, но в дешевых блоках питания такой защиты нет. Вот почему нельзя проверять блок питания без подключения его к нагрузке.

Величина нагрузки для конкретного блока питания часто определяется как (minimum load). Разумеется, необходимо учесть требования минимальной нагрузки для каждого напряжения, вырабатываемого блоком питания. Иногда требования минимального тока указываются в спецификациях блока питания. Величина нагрузки может значительно варьироваться для блоков питания различных форм-факторов, выпускаемых разными компаниями и даже между моделями одного производителя.

В первых РС блоки питания часто требовали значительную нагрузку для напряжений +5 В и +12 В. Требование нагрузки по напряжению +5 В легко удовлетворялось подключением материнской платы, но напряжение +12 В постоянно требовалось только накопителям на жестких дисках. В РС без таких накопителей (например бездисковые рабочие станции в сети) требовалась фиктивная нагрузка для напряжения +12 В, например простой резистор.

Современные блоки питания значительно снизили требования к нагрузке. Многие из них имеют очень малые требования к нагрузке для напряжений +3.3 В и +5 В, а для +12 В вообще не имеют минимума. Снижение требований к нагрузке упрощает тестирование блоков питания.

Спецификации и сертификации блоков питания

Этот раздел посвящен обзору различных спецификаций для блоков питания, которые обычно формулируются на непонятном пользователям языке. Многие спецификации касаются электрических характеристик блоков питания, а так как большинство людей не являются инженерами-электротехниками, они плохо понимают материал спецификаций. Однако знание спецификаций позволит сделать обоснованный выбор нужного блока питания. Далее рассматриваются конкретные группы спецификаций.

Физические спецификации

Форм-фактор: Для блока питания определяется форм-фактор того корпуса, для которого он обычно предназначен. Часто в этом случае указывается microATX . Фактически блока питания с таким форм-фактором не существует, а подразумевается блок питания SFX, который предназначен для корпуса microATX.

Размеры: Физические размеры корпуса блока питания, которые обычно определяются как W (ширина) x D (глубина) x H (высота) и даются в дюймах или миллиметрах.

Вес: Вес блока питания в фунтах (lb) или килограммах (kg). Один фунт равен 0.4536 кГ.

Разъемы материнской платы: Число и тип разъемов материнских платы, предназначенных для интерфейса с блоком питания. В случае форм-факторов ATX, SFX или WTX производитель должен указать, какие необязательные или дополнительные разъемы требуются для блока питания.

Разъемы накопителей: Число разъемов накопителя в стандартной конфигурации блока питания, а также их типы: большой D-образный разъем и малый mini-plug. Более мощные и качественные блоки питания имеют больше разъемов накопителей.

Характеристики вентилятора: Характеристики вентилятора блока питания. Приведем некоторые из этих характеристик:

• Размер вентилятора: Размер вентилятора дается в миллиметрах. Вентиляторы обычно квадратные и размер равен длине стороны. Иногда указывается и толщина вентилятора.
• Тип подшипников: Лучшими считаются шариковые подшипники.
• Напряжение: Напряжение питания двигателя вентилятора; по умолчанию принимается напряжение +12 В.
• Пропускная способность: Сколько воздуха может перемещать вентилятор, обычно определяется в кубических футах в минуту (Cubic Feet per Minute - CFM). Большее значение означает, что вентилятор охлаждает лучше.

Спецификации рабочей среды

Эти спецификации относятся к окружающим условиям, которые требуются для правильной работы блока питания.

Диапазон рабочей температуры: Минимальная и максимальная допустимые окружающие температуры для работы блока питания. (Окружающая температура означает температуру помещения, а не температуру внутри блока питания.) Типичный диапазон составляет от 0 до 50 градусов Цельсия. Выход за указанный температурный диапазон может привести к выходу из строя блока питания.

Диапазон температуры хранения: Минимальная и максимальная допустимые температуры для хранения устройства. Обычно этот диапазон шире диапазона рабочей температуры.

Предупреждение: При хранении компонентов при очень низкой температуре до включения их необходимо "акклиматизировать", чтобы избежать повреждения из-за конденсации влаги.

Диапазон влажности: Допустимый для работы блока питания диапазон влажности. Обычная спецификация имеет вид "от 10% до 90% RH", где аббревиатура RH означает относительную влажность (relative humidity). Чрезмерная влажность разрушает компьютерное оборудование.

Высотный диапазон: Некоторый производители определяют допустимый высотный диапазон для работы оборудования. Обычно он не имеет большого значения.

Спецификации входного напряжения

Спецификации входа относятся к тому, что блок питания требует на своем входе электрической мощности, другими словами, к тому, что должно подаваться от розетки электросети или от бесперебойного источника питания. Большинство этих спецификаций определяются как диапазоны, поэтому указание входного напряжения 115 В не означает, что на блок питания необходимо подавать напряжение точно 115 В. Иногда диапазон допустимых значений определяется в спецификации как допуск (tolerance).

Диапазон входного напряжения: Допустимый диапазон входного напряжения. Так как большинство блоков питания работают от электросети с напряжением 115 В и 230 В, обычно приводятся два набора чисел, например "от 85 до 135 В и от 170 до 270 В". Обычно входной диапазон не является критическим параметром, так как напряжение электросети поддерживается близким к номиналу. Однако минимальный уровень напряжения показывает, насколько хорошо блок питания будет выдерживать "провалы" электросети.

Выбор напряжения: Если блок питания поддерживает номинальные напряжения 115 В и 230 В, то производит ли он автоматический выбор или имеется ручной переключатель?

Частота: Допустимая частота входного напряжения (50 Гц, 60 Гц или 50 Гц и 60 Гц). Может быть указан диапазон допустимых частот, например 48 - 62 Гц. Большинство блоков питания поддерживают обе номинальные частоты 50 Гц и 60 Гц.

Коэффициент мощности: Коэффициент мощности (power factor) блока питания представляет собой нагрузку на электросеть. Для обычных блоков питания он составляет от 60% до 70% (от 0.6 до 0.7). Скорректированные по коэффициенту мощности блоки питания имеют коэффициент мощности около 0.99.

Выходные спецификации

Это самые важные для блока питания спецификации, поскольку главная его функция - вырабатывать необходимые выходные напряжения. Необходимо внимательно изучить все выходные спецификации любого блока питания. Выходные спецификации оформляются в виде списка или таблицы.

Выходная мощность (Вт): Суммарный максимальный выход блока питания в ваттах. Иногда эта спецификация даже не указывается, так как в названии блока питания имеется число, которое и представляет данное значение.

Максимальное значение тока, обеспечиваемого блоком питания для каждого напряжения.

Минимальные токи (максимальная нагрузка по напряжению): Минимальное значение тока, который должна потреблять нагрузка в РС для каждого напряжения.

Максимальное значение комбинации +3.3 В/+5 В: Максимальная суммарная мощность в ваттах, которую блок питания может обеспечить одновременно для напряжений +3.3 В и +5 В. Это верхний предел, который ограничивает любую максимальную нагрузку для напряжений +3.3 В и +5 В в отдельности. Данный параметр относится только к блокам питания, которые вырабатывают напряжение +3.3 В.

Пиковый выход: Значение тока для данного напряжения, который может отдаваться за короткий временной интервал. Обычно этот параметр указывается только для напряжения +12 В. В идеальном случае производитель может указать не только максимальный ток, но временной интервал. Например, для напряжения +12 В непрерывным максимумом может быть ток 10 А, пиковым значением 14 А и оно может поддерживаться в течение 10 секунд.

Диапазон выходного напряжения: Для каждого выходного напряжения приводится гарантированный диапазон, обеспечиваемый блоком питания. Разумеется, абсолютно точно сформировать выходные напряжения невозможно, поэтому компоненты РС рассчитываются с учетом определенного диапазона. В общем, чем меньше этот диапазон, тем лучше. Для этого параметра могут быть указаны конкретные числа, например "от +4.8 В до +5.2 В, или процентное значение, например значение +/- 4% для напряжения +5 В дает диапазон от +4.8 до +5.2.

Эффективность (экономичность): Процент общей входной мощности блока питания, преобразованной в полезную мощность для компонентов РС. Типичная эффективность составляет от 60% до 85%; остальные от 15% до 40% расходуются на тепло. Очевидно, чем больше эффективность блока питания, тем лучше. Не следует придавать эффективности слишком большого значения, особенно при сравнении блоков питания с близкими значениями эффективности. В нашем мире эффективности 71% и 73% практически не отличаются. Эффективность более важна для очень мощных блоков питания, где проценты трансформируются в большие числа.

Задержка сигнала Power Good: Типичный временной интервал от включения блока питания до выдачи им сигнала Power Good. Обычно определяются минимальное и максимальное значения.

Электрические характеристики

Электрические характеристики блока питания определяют качество выходных напряжений и его способность справляться со специальными ситуациями, например изменениями нагрузки. Обычному пользователю не следует углубляться в детали рассмотренных далее спецификаций тем более, что эти характеристики незначительно отличаются в различных блоках питания.

Время удержания: Это наиболее важная электрическая характеристика, которая показывает временной интервал поддержания блоком питания выходных напряжений при отключении входного напряжения. Типичное значение времени удержания составляет 20 мс (конденсаторы в составе блока питания не превращают этот интервал в нуль). Время удержания показывает продолжительность пропадания электросети, которую блок питания допускает до снятия сигнала Power Good. Оно играет важную роль при сравнении времени перехода бесперебойных источников питания. Время удержания должно быть значительно больше времени перехода, чтобы устранить вероятность появления проблем.

Стабилизация нагрузки (load regulation): Иногда этот параметр называется стабилизацией напряжения нагрузки (voltage load regulation) и показывает способность блока питания управлять выходным напряжением при увеличении или уменьшении нагрузки. Обычно напряжение источника постоянного тока уменьшается при увеличении нагрузки и наоборот. Лучшие блоки питания сглаживают изменения напряжения. Обычно стабилизация нагрузки представляется процентным значением +/%- для каждого выходного напряжения. Типичные значения составляют от 3% до 5%, а значение 1% считается очень хорошим. Отметим, что даже в очень хороших блоках питания стабилизация напряжений -5 В и -12 В обычно не лучше +/- 5%.

Чувствительность к входным изменениям (line regulation): Этот параметр показывает способность блока питания управлять выходными напряжениями при изменении входного напряжения переменного тока от минимально допустимого значения до максимально допустимого значения. Значение параметра для каждого выходного напряжения указывается процентным значением +/-% и типичное значение составляет от +/- 1% до 2%.

Пульсации (ripple): Этот параметр называется также AC Ripple или Periodic and Random Deviation (PARD) и даже просто шум (noise). Блок питания формирует постоянный ток из переменного тока, но выход не представляет собой идеальный постоянный ток. В каждом выходном напряжении есть составляющие переменного тока, некоторые из которых "просочились" из входного напряжения, а другие "собраны" в самом блоке питания. Обычно значения этих составляющих очень малы и большинство блоков питания поддерживает их согласно спецификации форм-фактора блока питания. Значение пульсаций обычно приводится в единицах мВ, peak-to-peak . Чем меньше величина пульсаций, тем лучше.

Переходная характеристика: В коммутируемом блоке питания применяется петля замкнутой обратной связи для измерения выходного напряжения и управления им. Как показано ранее, выходное напряжение изменяется при изменении нагрузки. В частности, когда нагрузка резко изменяется (внезапно увеличивается или уменьшается на значительную величину), уровень напряжения может также резко измениться. Такое внезапное изменение называется переходом (transient). Если одно напряжение имеет большую нагрузку от многих компонентов и все компоненты кроме одного внезапно прекращают потреблять ток, напряжение может сильно "скакнуть". Этот скачок напряжения называется выбросом напряжения (voltage overshoot).

Переходная характеристика показывает, насколько быстро и эффективно блок питания может корректировать такие внезапные изменения. Вот как выглядит фактическая спецификация переходной характеристики: "выходы +5 В, +12 В возвращаются к 5% менее чем за 1 мс при изменении нагрузки на 20%". Это означает следующее: "если для выходов +5 В и +12 В имеется определенный уровень, например V 1 , и нагрузка этого выхода увеличивается или уменьшается на 20%, напряжение на данном выходе возвратится к значению внутри 5% от V 1 за одну миллисекунду". Очевидно, чем быстрее осуществляется переход к первоначальному напряжению, тем лучше.

Максимальный выходной ток: Абсолютно максимальный ток, который отдает блок питания в момент включения. Чем меньше значение этого параметра, тем лучше.

Защита от перенапряжения (overvoltage protection): В дополнение к определению обычного максимального напряжения хорошие блоки питания имеют защиту от превышения выходным напряжением определенного критического уровня. Если по какой-то причине напряжение +3.3. В, +5 В или +12 В превышает определенное значение, например +6.25 В для напряжения +5 В, блок питания отключает этот выход. Перенапряжение может быть указано процентным значением, например 125%. В спецификации также должно быть указано, что делает блок питания при обнаружении перенапряжения; обычно он сбрасывается.

Защита по току (overcurrent protection): Если выходы блока питания превышают их максимальные значения, некоторые блоки питания обнаруживают это условие и производят сброс устройства. Спецификация определяет процентное значение превышения максимального значения параметра.

Общие качественные спецификации

Имеются некоторые спецификации блока питания, которые непосредственно к его работе не относятся, а показывают его общее качество. На них следует обратить серьезное внимание.

Уровень шума (noise level): Уровень шума измеряется в децибелах dB и чем больше этот показатель, тем больший шум генерирует блок питания. В первых РС были только два непрерывно движущихся компонента, которые генерировали шум: двигатель жесткого диска и вентилятор блока питания. Современные же РС генерируют какофонию шумов: скоростные жесткие диски, сменные накопители, вентилятор блока питания, вентиляторы охлаждения корпуса и вентиляторы процессоров. В результате пользователи заметили, что их РС громко шумят, и многие стали искать "малошумящие" компьютеры. Для блока питания необходимо обратить внимание на спецификацию "малошумящий" (low noise) или "тихий" (silencer). Конечно, на уровень шума блока питания самое большое влияние оказывает его вентилятор.

MTBF/MTTF: Среднее время между отказами (Mean Time Between Failure) и среднее время наработки на отказ (Mean Time To Failure) являются довольно близкими параметрами, но не одним и тем же. Эти параметры статистически показывают, сколько часов блок питания будет работать до отказа. Типичные значения для блоков питания составляют от 30 000 до 50 000 часов и больше. Важно понимать, что эти числа являются приближенными и средними - для каждого устройства они не гарантируются.

Гарантия: Показывает срок (в месяцах или годах), в течение которого производитель обязан отремонтировать или заменить блок питания при выходе его из строя. Гарантийный срок показывает, насколько производитель уверен в качестве своей продукции - ни одна компания не предоставит трехлетнюю гарантию на продукт, если, по ее оценкам, он откажет в течение 18 - 24 месяцев. Конечно, желательно приобрести блок питания с максимальным гарантийным сроком, но при этом следует учесть условия гарантии и репутацию компании, особенно в части гарантийного обслуживания.

Сертификации

Почти все блоки питания сертифицируются по безопасности и качеству одним или несколькими учреждениями. Сертификат удостоверяет, что блок питания тестирован и удовлетворяет определенному стандарту. Чем больше сертификатов имеет блок питания, тем больше тестов он прошел и тем большему числу стандартов он удовлетворяет. Различные учреждения по сертификации специализируются на различных типах тестирования. Большинство тестов блоков питания относятся к безопасности и общему качеству. Проводятся также тесты на электромагнитную интерференцию (ElectroMagnetic Interference - EMI) и высокочастотную интерференцию (Radio Frequency Interference - RFI) блоков питания.

Для пользователей наиболее важен сертификат безопасности и качества. Имеется много организаций, которые производят сертификацию в разных странах. Обычно производитель блока питания перечисляет только аббревиатуры организаций, удостоверяющих качество и безопасность блока питания. Приведем наиболее известные организации:

• UL: Underwriters Laboratories, Inc. (http://www.ul.com ). Фактически сертификат UL служит стандартом безопасности и качества в США.
• CSA: CSA International (ранее Canadian Standards Association - http://www.csa.ca ). Канадский эквивалент UL.
• NEMKO, TUV и VDE: Организации NEMKO (http://nemko.no ) в Норвегии и TUV (http://www.tuv.com ) и VDE (http://www.vde.de ) в Германии осуществляют работу по сертификации электрических компонентов в Европе.
• CE: Показывает, что продукту присвоена марка "CE mark", удостоверяющая, что его можно продавать в Европейском Сообществе (European Community).

Правила тестирования EMI/RFI в США установила Федеральная Комиссия по связи (Federal Communications Commission - FCC, http://www.fcc.gov ). Многие производители рекламируют, что их блоки питания сертифицированы в соответствии с "FCC Class B". Это утверждение не совсем точное, так как FCC не сертифицирует отдельные блоки питания, а только системы. Поэтому это утверждение означает, что блок питания сертифицирован как часть системы минимум одного типа. На практике производители блоков питания с хорошей репутацией тестируют свои устройства в разнообразных конфигурациях.

Наконец, некоторые блоки питания имеют сертификат Energy Star. Это программа Агентства по охране окружающей среды (http://www.epa.gov/energystar ), которая стимулирует выпуск экономичных РС и компонентов. Для многих сертификат Energy Star служит показателем хорошего качества блока питания.

Отсутствие у устройства сертификата совсем не означает, что оно плохое. Однако это отсутствие означает , что продукт не прошел тщательного тестирования на соответствие обычным стандартам в промышленности. Могут быть самые разнообразные причины того, почему продукт не тестирован, но лучше избегать блоков питания, которые не имеют хотя бы одного, а лучше нескольких, сертификата известной организации по сертификации безопасности и качества.

Линейный и импульсный источники питания

Начнем с основ. Блок питания в компьютере выполняет три функции. Во-первых, переменный ток из бытовой сети электропитания нужно преобразовать в постоянный. Второй задачей БП является понижение напряжения 110-230 В, избыточного для компьютерной электроники, до стандартных значений, требуемых конвертерами питания отдельных компонентов ПК, - 12 В, 5 В и 3,3 В (а также отрицательные напряжения, о которых расскажем чуть позже). Наконец, БП играет роль стабилизатора напряжений.

Есть два основных типа источников питания, которые выполняют перечисленные функции, - линейный и импульсный. В основе простейшего линейного БП лежит трансформатор, на котором напряжение переменного тока понижается до требуемого значения, и затем ток выпрямляется диодным мостом.

Однако от БП требуется еще и стабилизация выходного напряжения, что обусловлено как нестабильностью напряжения в бытовой сети, так и падением напряжения в ответ на увеличение тока в нагрузке.

Чтобы компенсировать падение напряжения, в линейном БП параметры трансформатора рассчитываются так, чтобы обеспечить избыточную мощность. Тогда при высоком токе в нагрузке будет наблюдаться требуемый вольтаж. Однако и повышенное напряжение, которое возникнет без каких-либо средств компенсации при низком токе в полезной нагрузке, тоже неприемлемо. Избыточное напряжение устраняется за счет включения в цепь неполезной нагрузки. В простейшем случае таковой является резистор или транзистор, подключенный через стабилитрон (Zener diode). В более продвинутом - транзистор управляется микросхемой с компаратором. Как бы то ни было, избыточная мощность просто рассеивается в виде тепла, что отрицательно сказывается на КПД устройства.

В схеме импульсного БП возникает еще одна переменная, от которой зависит напряжение на выходе, в дополнение к двум уже имеющимся: напряжению на входе и сопротивлению нагрузки. Последовательно с нагрузкой стоит ключ (которым в интересующем нас случае является транзистор), управляемый микроконтроллером в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Чем выше длительность открытых состояний транзистора по отношению к их периоду (этот параметр называется duty cycle, в русскоязычной терминологии используется обратная величина - скважность), тем выше напряжение на выходе. Из-за наличия ключа импульсный БП также называется Switched-Mode Power Supply (SMPS).

Через закрытый транзистор ток не идет, а сопротивление открытого транзистора в идеале пренебрежимо мало. В действительности открытый транзистор обладает сопротивлением и рассеивает какую-то часть мощности в виде тепла. Кроме того, переход между состояниями транзистора не идеально дискретный. И все же КПД импульсного источника тока может превышать 90%, в то время как КПД линейного БП со стабилизатором в лучшем случае достигает 50%.

Другое преимущество импульсных источников питания состоит в радикальном уменьшении габаритов и массы трансформатора по сравнению с линейными БП такой же мощности. Известно, что чем выше частота переменного тока в первичной обмотке трансформатора, тем меньше необходимый размер сердечника и число витков обмотки. Поэтому ключевой транзистор в цепи размещают не после, а до трансформатора и, помимо стабилизации напряжения используют для получения переменного тока высокой частоты (для компьютерных БП это от 30 до 100 кГц и выше, а как правило - около 60 кГц). Трансформатор, работающий на частоте электросети 50-60 Гц, для мощности, требуемой стандартным компьютером, был бы в десятки раз массивнее.

Линейные БП сегодня применяются главным образом в случае маломощных устройств, когда относительно сложная электроника, необходимая для импульсного источника питания, составляет более чувствительную статью расходов в сравнении с трансформатором. Это, к примеру, блоки питания на 9 В, которые используются для гитарных педалей эффектов, а когда-то - для игровых приставок и пр. А вот зарядники для смартфонов уже сплошь импульсные - тут расходы оправданны. Благодаря существенно меньшей амплитуде пульсаций напряжения на выходе линейные БП также применяются в тех областях, где это качество востребованно.

⇡ Общая схема блока питания стандарта ATX

БП настольного компьютера представляет собой импульсный источник питания, на вход которого подается напряжение бытовой электросети с параметрами 110/230 В, 50-60 Гц, а на выходе есть ряд линий постоянного тока, основные из которых имеют номинал 12, 5 и 3,3 В. Помимо этого, БП обеспечивает напряжение -12 В, а когда-то еще и напряжение -5 В, необходимое для шины ISA. Но последнее в какой-то момент было исключено из стандарта ATX в связи с прекращением поддержки самой ISA.

На упрощенной схеме стандартного импульсного БП, представленной выше, можно выделить четыре основных этапа. В таком же порядке мы рассматриваем компоненты блоков питания в обзорах, а именно:

1. фильтр ЭМП - электромагнитных помех (RFI filter);
2. первичная цепь - входной выпрямитель (rectifier), ключевые транзисторы (switcher), создающие переменный ток высокой частоты на первичной обмотке трансформатора;
3. основной трансформатор;
4. вторичная цепь - выпрямители тока со вторичной обмотки трансформатора (rectifiers), сглаживающие фильтры на выходе (filtering).

⇡ Фильтр ЭМП

Фильтр на входе БП служит для подавления двух типов электромагнитных помех: дифференциальных (differential-mode) - когда ток помехи течет в разные стороны в линиях питания, и синфазных (common-mode) - когда ток течет в одном направлении.

Дифференциальные помехи подавляются конденсатором CX (крупный желтый пленочный конденсатор на фото выше), включенным параллельно нагрузке. Иногда на каждый провод дополнительно вешают дроссель, выполняющий ту же функцию (нет на схеме).

Фильтр синфазных помех образован конденсаторами CY (синие каплевидные керамические конденсаторы на фото), в общей точке соединяющими линии питания с землей, и т.н. синфазным дросселем (common-mode choke, LF1 на схеме), ток в двух обмотках которого течет в одном направлении, что создает сопротивление для синфазных помех.

В дешевых моделях устанавливают минимальный набор деталей фильтра, в более дорогих описанные схемы образуют повторяющиеся (полностью или частично) звенья. В прошлом нередко встречались БП вообще без фильтра ЭМП. Сейчас это скорее курьезное исключение, хотя, покупая совсем дешевый БП, можно, все-таки нарваться на такой сюрприз. В результате будет страдать не только и не столько сам компьютер, сколько другая техника, включенная в бытовую сеть, - импульсные БП являются мощным источником помех.

В районе фильтра хорошего БП можно обнаружить несколько деталей, защищающих от повреждения само устройство либо его владельца. Почти всегда есть простейший плавкий предохранитель для защиты от короткого замыкания (F1 на схеме). Отметим, что при срабатывании предохранителя защищаемым объектом является уже не блок питания. Если произошло КЗ, то, значит, уже пробило ключевые транзисторы, и важно хотя бы предотвратить возгорание электропроводки. Если в БП вдруг сгорел предохранитель, то менять его на новый, скорее всего, уже бессмысленно.

Отдельно выполняется защита от кратковременных скачков напряжения с помощью варистора (MOV - Metal Oxide Varistor). А вот никаких средств защиты от длительного повышения напряжения в компьютерных БП нет. Эту функцию выполняют внешние стабилизаторы со своим трансформатором внутри.

Конденсатор в цепи PFC после выпрямителя может сохранять значительный заряд после отключения от питания. Чтобы беспечного человека, сунувшего палец в разъем питания, не ударило током, между проводами устанавливают разряжающий резистор большого номинала (bleeder resistor). В более изощренном варианте - вместе с управляющей схемой, которая не дает заряду утекать при работе устройства.

Кстати, наличие фильтра в блоке питания ПК (а в БП монитора и практически любой компьютерной техники он тоже есть) означает, что покупать отдельный «сетевой фильтр» вместо обычного удлинителя, в общем-то, без толку. У него внутри все то же самое. Единственное условие в любом случае - нормальная трехконтактная проводка с заземлением. В противном случае конденсаторы CY, соединенные с землей, просто не смогут выполнять свою функцию.

⇡ Входной выпрямитель

После фильтра переменный ток преобразуется в постоянный с помощью диодного моста - как правило, в виде сборки в общем корпусе. Отдельный радиатор для охлаждения моста всячески приветствуется. Мост, собранный из четырех дискретных диодов, - атрибут дешевых блоков питания. Можно также поинтересоваться, на какой ток рассчитан мост, чтобы определить, соответствует ли он мощности самого БП. Хотя по этому параметру, как правило, имеется хороший запас.

⇡ Блок активного PFC

В цепи переменного тока с линейной нагрузкой (как, например, лампа накаливания или электроплитка) протекающий ток следует такой же синусоиде, как и напряжение. Но это не так в случае с устройствами, имеющими входной выпрямитель, - такими как импульсные БП. Блок питания пропускает ток короткими импульсами, примерно совпадающими по времени с пиками синусоиды напряжения (то есть максимальным мгновенным напряжением), когда подзаряжается сглаживающий конденсатор выпрямителя.

Сигнал тока искаженной формы раскладывается на несколько гармонических колебаний в сумме с синусоидой данной амплитуды (идеальным сигналом, который имел бы место при линейной нагрузке).

Мощность, используемая для совершения полезной работы (которой, собственно, является нагрев компонентов ПК), указана в характеристиках БП и называется активной. Остальная мощность, порождаемая гармоническими колебаниями тока, называется реактивной. Она не производит полезной работы, но нагревает провода и создает нагрузку на трансформаторы и прочее силовое оборудование.

Векторная сумма реактивной и активной мощности называется полной мощностью (apparent power). А отношение активной мощности к полной называется коэффициентом мощности (power factor) - не путать с КПД!

У импульсного БП коэффициент мощности изначально довольно низкий - около 0,7. Для частного потребителя реактивная мощность не составляет проблемы (благо она не учитывается электросчетчиками), если только он не пользуется ИБП. На бесперебойник как раз таки ложится полная мощность нагрузки. В масштабе офиса или городской сети избыточная реактивная мощность, создаваемая импульсными БП уже значительно снижает качество электроснабжения и вызывает расходы, поэтому с ней активно борются.

В частности, подавляющее большинство компьютерных БП оснащаются схемами активной коррекции фактора мощности (Active PFC). Блок с активным PFC легко опознать по единственному крупному конденсатору и дросселю, установленным после выпрямителя. В сущности, Active PFC является еще одним импульсным преобразователем, который поддерживает на конденсаторе постоянный заряд напряжением около 400 В. При этом ток из питающей сети потребляется короткими импульсами, ширина которых подобрана таким образом, чтобы сигнал аппроксимировался синусоидой - что и требуется для имитации линейной нагрузки. Для синхронизации сигнала потребления тока с синусоидой напряжения в контроллере PFC имеется специальная логика.

Схема активного PFC содержит один или два ключевых транзистора и мощный диод, которые размещаются на одном радиаторе с ключевыми транзисторами основного преобразователя БП. Как правило, ШИМ-контроллер ключа основного преобразователя и ключа Active PFC являются одной микросхемой (PWM/PFC Combo).

Коэффициент мощности у импульсных блоков питания с активным PFC достигает 0,95 и выше. Кроме того, у них есть одно дополнительное преимущество - не требуется переключатель сети 110/230 В и соответствующий удвоитель напряжения внутри БП. Большинство схем PFC переваривают напряжения от 85 до 265 В. Кроме того, снижается чувствительность БП к кратковременным провалам напряжения.

Кстати, помимо активной коррекции PFC, существует и пассивная, которая подразумевает установку дросселя большой индуктивности последовательно с нагрузкой. Эффективность ее невелика, и в современном БП вы такое вряд ли найдете.

⇡ Основной преобразователь

Общий принцип работы для всех импульсных БП изолированной топологии (с трансформатором) один: ключевой транзистор (или транзисторы) создает переменный ток на первичной обмотке трансформатора, а ШИМ-контроллер управляет скважностью их переключения. Конкретные схемы, однако, различаются как по количеству ключевых транзисторов и прочих элементов, так и по качественным характеристикам: КПД, форма сигнала, помехи и пр. Но здесь слишком многое зависит от конкретной реализации, чтобы на этом стоило заострять внимание. Для интересующихся приводим набор схем и таблицу, которая позволит по составу деталей опознавать их в конкретных устройствах.

	Транзисторы	Диоды	Конденсаторы	Ножки первичной обмотки трансформатора
Single-Transistor Forward	1	1	1	4
	2	2	0	2
	2	0	2	2
	4	0	0	2
	2	0	0	3

Помимо перечисленных топологий, в дорогих БП встречаются резонансные (resonant) варианты Half Bridge, которые легко опознать по дополнительному крупному дросселю (или двум) и конденсатору, образующим колебательный контур.

Single-Transistor Forward

⇡ Вторичная цепь

Вторичная цепь - это все, что находится после вторичной обмотки трансформатора. В большинстве современных блоков питания трансформатор имеет две обмотки: с одной из них снимается напряжение 12 В, с другой - 5 В. Ток сначала выпрямляется с помощью сборки из двух диодов Шоттки - одной или нескольких на шину (на самой высоконагруженной шине - 12 В — в мощных БП бывает четыре сборки). Более эффективными с точки зрения КПД являются синхронные выпрямители, в которых вместо диодов используются полевые транзисторы. Но это прерогатива по-настоящему продвинутых и дорогих БП, претендующих на сертификат 80 PLUS Platinum.

Шина 3,3 В, как правило, выводится от той же обмотки, что и шина 5 В, только напряжение понижается с помощью насыщаемого дросселя (Mag Amp). Специальная обмотка на трансформаторе под напряжение 3,3 В - экзотический вариант. Из отрицательных напряжений в текущем стандарте ATX осталось только -12 В, которое снимается со вторичной обмотки под шину 12 В через отдельные слаботочные диоды.

ШИМ-управление ключом преобразователя изменяет напряжение на первичной обмотке трансформатора, а следовательно - на всех вторичных обмотках сразу. При этом потребление тока компьютером отнюдь не равномерно распределено между шинами БП. В современном железе наиболее нагруженной шиной является 12-В.

Для раздельной стабилизации напряжений на разных шинах требуются дополнительные меры. Классический способ подразумевает использование дросселя групповой стабилизации. Три основные шины пропущены через его обмотки, и в результате если на одной шине увеличивается ток, то на других - падает напряжение. Допустим, на шине 12 В возрос ток, и, чтобы предотвратить падение напряжения, ШИМ-контроллер уменьшил скважность импульсов ключевых транзисторов. В результате на шине 5 В напряжение могло бы выйти за допустимые рамки, но было подавлено дросселем групповой стабилизации.

Напряжение на шине 3,3 В дополнительно регулируется еще одним насыщаемым дросселем.

В более совершенном варианте обеспечивается раздельная стабилизация шин 5 и 12 В за счет насыщаемых дросселей, но сейчас эта конструкция в дорогих качественных БП уступила место преобразователям DC-DC. В последнем случае трансформатор имеет единственную вторичную обмотку с напряжением 12 В, а напряжения 5 В и 3,3 В получаются благодаря преобразователям постоянного тока. Такой способ наиболее благоприятен для стабильности напряжений.

Выходной фильтр

Финальной стадией на каждой шине является фильтр, который сглаживает пульсации напряжения, вызываемые ключевыми транзисторами. Кроме того, во вторичную цепь БП в той или иной мере пробиваются пульсации входного выпрямителя, чья частота равна удвоенной частоте питающей электросети.

В состав фильтра пульсаций входит дроссель и конденсаторы большой емкости. Для качественных блоков питания характерна емкость не менее 2 000 мкФ, но у производителей дешевых моделей есть резерв для экономии, когда устанавливают конденсаторы, к примеру, вдвое меньшего номинала, что неизбежно отражается на амплитуде пульсаций.

⇡ Дежурное питание +5VSB

Описание компонентов блока питания было бы неполным без упоминания об источнике дежурного напряжения 5 В, который делает возможным спящий режим ПК и обеспечивает работу всех устройств, которые должны быть включены постоянно. «Дежурка» питается от отдельного импульсного преобразователя с маломощным трансформатором. В некоторых БП встречается и третий трансформатор, использующийся в цепи обратной связи для изоляции ШИМ-контроллера от первичной цепи основного преобразователя. В других случаях эту функцию выполняют оптопары (светодиод и фототранзистор в одном корпусе).

⇡ Методика тестирования блоков питания

Одним из основных параметров БП является стабильность напряжений, которая находит отражение в т.н. кросс-нагрузочной характеристике. КНХ представляет собой диаграмму, в которой на одной оси отложен ток или мощность на шине 12 В, а на другой - совокупный ток или мощность на шинах 3,3 и 5 В. В точках пересечения при разных значениях обеих переменных определяется отклонение напряжения от номинала на той или иной шине. Соответственно, мы публикуем две разные КНХ - для шины 12 В и для шины 5/3,3 В.

Цвет точки означает процент отклонения:

• зеленый: ≤ 1%;
• салатовый: ≤ 2%;
• желтый: ≤ 3%;
• оранжевый: ≤ 4%;
• красный: ≤ 5%.
• белый: > 5% (не допускается стандартом ATX).

Для получения КНХ используется сделанный на заказ стенд для тестирования блоков питания, который создает нагрузку за счет рассеивания тепла на мощных полевых транзисторах.

Другой не менее важный тест - определение размаха пульсаций на выходе БП. Стандарт ATX допускает пульсации в пределах 120 мВ для шины 12 В и 50 мВ - для шины 5 В. Различают высокочастотные пульсации (на удвоенной частоте ключа основного преобразователя) и низкочастотные (на удвоенной частоте питающей сети).

Этот параметр мы измеряем при помощи USB-осциллографа Hantek DSO-6022BE при максимальной нагрузке на БП, заданной спецификациями. На осциллограмме ниже зеленый график соответствует шине 12 В, желтый - 5 В. Видно, что пульсации находятся в пределах нормы, и даже с запасом.

Для сравнения приводим картину пульсаций на выходе БП старого компьютера. Этот блок изначально не был выдающимся, но явно не стал лучше от времени. Судя по размаху низкочастотных пульсаций (обратите внимание, что деление развертки напряжения увеличено до 50 мВ, чтобы колебания поместились на экран), сглаживающий конденсатор на входе уже пришел в негодность. Высокочастотные пульсации на шине 5 В находятся на грани допустимых 50 мВ.

В следующем тесте определяется КПД блока при нагрузке от 10 до 100% от номинальной мощности (путем сравнения мощности на выходе с мощностью на входе, измеренной при помощи бытового ваттметра). Для сравнения на графике приводятся критерии различных категорий 80 PLUS. Впрочем, большого интереса в наши дни это не вызывает. На графике приведены результаты топового БП Corsair в сравнении с весьма дешевым Antec, а разница не то чтобы очень велика.

Более насущный для пользователя вопрос - шум от встроенного вентилятора. Непосредственно измерить его вблизи от ревущего стенда для тестирования БП невозможно, поэтому мы измеряем скорость вращения крыльчатки лазерным тахометром - также при мощности от 10 до 100%. На нижеприведенном графике видно, что при низкой нагрузке на этот БП 135-миллиметровый вентилятор сохраняет низкие обороты и вряд ли слышен вообще. При максимальной нагрузке шум уже можно различить, но уровень все еще вполне приемлемый.

В современном мире развитие и устаревание комплектующих персональных компьютеров происходит очень быстро. Вместе с тем один из основных компонентов ПК – форм-фактора ATX – практически не изменял свою конструкцию последние 15 лет .

Следовательно, блок питания и суперсовременного игрового компьютера, и старого офисного ПК работают по одному и тому же принципу, имеют общие методики диагностики неисправностей.

Материал, изложенный в этой статье, может применяться к любому блоку питания персональных компьютеров с минимумом нюансов.

Типовая схема блока питания ATX приведена на рисунке. Конструктивно он представляет собой классический импульсный блок на ШИМ-контроллере TL494, запускающемся по сигналу PS-ON (Power Switch On) с материнской платы. Все остальное время, пока вывод PS-ON не подтянут к массе, активен только источник дежурного питания (Standby Supply) с напряжением +5 В на выходе.

Рассмотрим структуру блока питания ATX подробнее. Первым ее элементом является
:

Его задача – это преобразование переменного тока из электросети в постоянный для питания ШИМ-контроллера и дежурного источника питания. Структурно он состоит из следующих элементов:

• Предохранитель F1 защищает проводку и сам блок питания от перегрузки при отказе БП, приводящем к резкому увеличению потребляемого тока и как следствие – к критическому возрастанию температуры, способному привести к пожару.
• В цепи «нейтрали» установлен защитный терморезистор, уменьшающий скачок тока при включении БП в сеть.
• Далее установлен фильтр помех, состоящий из нескольких дросселей (L1, L2 ), конденсаторов (С1, С2, С3, С4 ) и дросселя со встречной намоткой Tr1 . Необходимость в наличии такого фильтра обусловлена значительным уровнем помех, которые передает в сеть питания импульсный блок – эти помехи не только улавливаются теле- и радиоприемниками, но и в ряде случаев способны приводить к неправильной работе чувствительной аппаратуры.
• За фильтром установлен диодный мост, осуществляющий преобразование переменного тока в пульсирующий постоянный. Пульсации сглаживаются емкостно-индуктивным фильтром.

Источник дежурного питания – это маломощный самостоятельный импульсный преобразователь на основе транзистора T11, который генерирует импульсы, через разделительный трансформатор и однополупериодный выпрямитель на диоде D24 запитывающие маломощный интегральный стабилизатор напряжения на микросхеме 7805. Эта схема хотя и является, что называется, проверенной временем, но ее существенным недостатком является высокое падение напряжения на стабилизаторе 7805, при большой нагрузке приводящее к ее перегреву. По этой причине повреждение в цепях, запитанных от дежурного источника, способно привести к выходу его из строя и последующей невозможности включения компьютера.

Основой импульсного преобразователя является ШИМ-контроллер . Эта аббревиатура уже несколько раз упоминалась, но не расшифровывалась. ШИМ – это широтно-импульсная модуляция, то есть изменение длительности импульсов напряжения при их постоянной амплитуде и частоте. Задача блока ШИМ, основанного на специализированной микросхеме TL494 или ее функциональных аналогах – преобразование постоянного напряжения в импульсы соответствующей частоты, которые после разделительного трансформатора сглаживаются выходными фильтрами. Стабилизация напряжений на выходе импульсного преобразователя осуществляется подстройкой длительности импульсов, генерируемых ШИМ-контроллером.

Важным достоинством такой схемы преобразования напряжения также является возможность работы с частотами, значительно большими, чем 50 Гц электросети. Чем выше частота тока, тем меньшие габариты сердечника трансформатора и число витков обмоток требуются. Именно поэтому импульсные блоки питания значительно компактнее и легче классических схем с входным понижающим трансформатором.

За включение блока питания ATX отвечает цепь на основе транзистора T9 и следующих за ним каскадов. В момент включения блока питания в сеть на базу транзистора через токоограничительный резистор R58 подается напряжение 5В с выхода источника дежурного питания, в момент замыкания провода PS-ON на массу схема запускает ШИМ-контроллер TL494. При этом отказ источника дежурного питания приведет к неопределенности работы схемы запуска БП и вероятному отказу включения, о чем уже упоминалось.