Если ваш компьютер часто зависает или постоянно требует перезагрузку, или не включается совсем, то возможная причина таких неполадок — неисправность блока питания.
Можно выделить ряд признаков, характерных для неисправной работы элемента питания. Блок питания не работает в нужном режиме при следующих условиях:
- Нажатие кнопки включения не приводит к началу работы системного блока. Нет светового и звукового ответа на включение. Кулеры не вращаются. В такой ситуации возможна неисправность блока питания или вероятно наличие разрывов в проводах, слабой подачи переменного тока из сети;
- Компьютер не включается с первого раза . Проблема либо в блоке питания, либо в неплотном соединении разъемов, либо в неисправности кнопки включения;
- Компьютер без видимой причины выключается на этапе загрузки операционной системы . Поводом для этого может служить прерывистая передача напряжения от блока питания на другие компоненты компьютера. Эта неисправность также может говорить о перегреве блока питания и, как следствие, происходит его принудительное отключение.
- Наличие «синего» экрана .
- Присутствие запаха гари .
Осмотр блока
Проверка правильности работы блока питания компьютера предполагает проведение определенных манипуляций под напряжением. Будьте предельно осторожными во избежание несчастных случаев. Перед началом проверки осмотрите целостность каждого кабеля. Не касайтесь деталей мокрыми незащищенными руками.
1 Визуальная проверка блока питания.
Это первый и самый простой способ проверки.
- Открутите 4 (или 6) винтов, отсоедините блок от корпуса компьютера;
- Открутите винты, которые находятся в корпусе блока, и разберите его;
- Тщательно осмотрите микросхему блока питания. Обратите пристальное внимание на конденсаторы.
Если среди них есть вздутые, то защита блока питания неисправна. Необходима срочная замена деталей.
Если неполадки в конденсаторах не найдены, то рекомендуем удалить пыль из блока питания, смазать вентилятор и собрать устройство, а после попробовать подключить компьютер.
Проверка питания
Читайте также: ТОП-15 Программ для проверки жесткого диска на ошибки и битые сектора | Windows (7/8/10)
Эта проверка осуществляется путем включения блока питания без присоединения к материнской плате.
- Отключите компьютер . Затем выключите переключатель на задней стенке блока питания компьютера.
- Уберите крышку компьютера . Отключите блок питания от других частей компьютера. Отсоедините каждый кабель. Обязательно запомните или сфотографируйте порядок присоединения всех элементов, чтобы потом подключить все кабели обратно.
- Возьмите кабель питания материнской платы, который идет от блока питания. Найдите зеленый провод .
- Его необходимо замкнуть с любым из черных проводов . Сделайте это с помощью скрепки или небольшого куска провода.
- Подключите к блоку питания какое-либо устройство . К примеру, старый ненужный жесткий диск. Это нужно для придания блоку питания определенной нагрузки, отсутствие которой может привести к поломке блока.
- Подключите блок питания к сети и нажмите кнопку включения на корпусе блока .
Если вентилятор начал вращаться, значит, блок питания работает.
Даже если этот способ проверки показал, что блок питания работает, это не значит, что он полностью исправен .
Проверка с помощью мультиметра
Читайте также: ТОП-15 Лучших программ для восстановления данных с флешки | 2019
Теперь необходимо проверить, передает ли блок питания постоянное напряжение в полном объеме. Для этого:
- Отключите блок питания и с помощью скрепки или кусочка провода замкните кабель материнской платы. Так вы приведете блок в рабочее состояние.
- Придайте блоку питания любую внешнюю нагрузку. Подключите к нему дисковод, жесткий диск или кулер;
- Возьмите мультиметр — это универсальный тестер, замеряющий силу тока. Выставите тестер в режим проверки напряжения постоянного тока.
- Проверьте напряжение между оранжевым и черным проводом, между красным и черным, а также между желтым и черным.
- Черный щуп мультиметра втыкаем в разъем напротив черного провода, красный щуп тестера по очереди подключаем к контактам разъема, к которым подходят провода нужных нам цветов.
Работоспособный блок питания будет выдавать следующие значения напряжения:
- 3 Вольт для оранжевого провода ;
- 5 Вольт для красного провода ;
- 12 Вольт для желтого провода .
Если проведенный тест выдал вам неисправность блока питания, то его можно разобрать и починить. После завершения работ соберите все контакты и произведите правильную их установку.
Если проведенный тест показал, что ваш блок питания исправен, но трудности с компьютером продолжаются, то, скорее всего причина в чем-то другом.
Программная проверка
Читайте также: Проверка оперативной памяти: Основные способы для всех операционок | 2019
Можно провести проверку работы блока питания с помощью специализированной программы SpeedFan.
Эта утилита проверяет температуру и силу напряжения блока питания.
При индикации температуры блока питания, эта программа оперирует внутренним термодиодом.
Это позволяет более точно определять температуру.
Скачать
- Универсальная программа для теста. Если при этом блок питания не перегрелся, значит проблем нет. Примечательно, что программа во время нагрева нагружает не только процессор, но и видеокарту. Вы можете выставить собственный мониторинг напряжений и температур.ирования блока питания — S&M. Данная утилита сильно нагружает процессор, провоцируя максимальный нагрев устройств.
Тестирование с помощью данной утилиты может вызвать перегрев устройства и поломку, если комплектующие низкого качества.
Не включается компьютер? В этом материале вы найдете ответ на вопрос: как проверить блок питания компьютера.
Тезисное решение этой проблемы есть в одной из наших прошлых статей .
О том как проверить его работоспособность читайте в нашей сегодняшней статье.
Блок питания (БП) - вторичный источник питания (первичным источником выступает розетка), цель которого состоит в преобразовании переменного напряжения в постоянное, а также обеспечении питания компьютерных узлов на заданном уровне.
Таким образом, БП выступает промежуточным звеном между электрической сетью и и соответственно от его исправности и правильной работы зависит работоспособность остальных компонентов.
Причины и признаки неисправности блока питания
Как правило, причинами из-за которых БП выходят из строя могут быть:
низкое качество напряжения сети (частые перепады напряжения в сети, а также его выход за пределы рабочего диапазона БП);
низкое качество компонент и изготовления в целом (данный пункт актуален для дешёвых БП);
Определить вышел из строя БП или какая-то другая составляющая можно по следующим признакам:
после нажатия на кнопку питания системного блока ничего не происходит - нет световой и звуковой индикации, не вращаются вентиляторы охлаждения;
компьютер включается через раз;
Проверку БП можно выполнить несколькими способами.
О последовательности каждой из проверок мы поговорим ниже, а сейчас лишь ограничимся короткой информацией для понимания того, что мы будем делать.
Суть первого способа заключается в проверке подачи напряжения и на этом этапе мы выполняем грубую проверку - есть напряжение или нет.
Второй способ заключается в проверке выходного напряжения, мы уже упоминали, что напряжение должно быть строго в определённых пределах и отклонение в любую сторону недопустимо.
Третий способ заключается в визуальном осмотре БП на предмет наличия вздутых конденсаторов.
Для удобства восприятия алгоритм каждой из проверок будет представлен в виде пошаговой инструкции.
Проверка подачи напряжения блоком питания
Шаг 1.
Шаг 2.
Запомните или для удобства сфотографируйте, то каким образом выполнено подключение питания к каждой из компонент (материнская плата, жёсткий диски, оптический привод, пр.) после чего их следует отсоединить от БП.
Шаг 3.
Найти канцелярскую скрепку. Скрепкой мы будем замыкать контакты на БП и если её под рукой не оказалось подойдёт проволока схожая со скрепкой по длине и диаметру.
После этого скрепку необходимо согнуть в виде латинской буквы «U».
Шаг 4. Найти 20/24 контактный разъем питания. Данный разъем очень просто найти - это жгут из 20 или 24 проводов соответственно, которые идут от блока питания и подключались к материнской плате ПК.
Шаг 5. Найти разъёмы зелёного и чёрного провода на коннекторе. В разъёмы, к которым подключены данные провода, необходимо вставить скрепку.
Скрепка должна быть надёжно зафиксирована и иметь контакт с соответствующими разъёмами.
Шаг 6.
Шаг 7. Проверка работоспособности вентилятора БП. Если устройство рабочее и проводит ток, то вентилятор, расположенный в корпусе БП должен вращаться при подаче напряжения.
Если вентилятор не вращается выполните проверку контакта скрепки с зелёным и чёрным разъёмам 20/24 контактного разъёма.
Как уже было сказано выше, данная проверка не гарантирует, что устройство рабочее. Данная проверка позволяет определить, что блок питания включается.
Для более точной диагностики необходимо провести следующий тест.
Проверка правильной работы блока питания
Шаг 1. Выключить компьютер. Необходимо помнить, что БП компьютера работает с опасным для человека напряжением - 220В.
Шаг 2. Отрыть боковую крышку системника.
Запомните или для удобства сфотографируйте, то каким образом выполнено подключение питания к каждой из компонент (материнская плата, жёсткий диски, оптический привод, пр.) после чего их следует отсоединить от БП.
Шаг 3. Найти 20/24 контактный разъем питания.
Данный разъем очень просто найти из-за его большего размера - это жгут из 20 или 24 проводов соответственно, которые идут от блока питания и подключались к материнской плате ПК.
Шаг 4. Найти разъёмы чёрного, красного, жёлтого, розового проводов на 20/24 контактном разъёме.
Шаг 5. Осуществить нагрузку БП. В дальнейшем мы будем производить измерение выходного напряжения блока питания.
В обычном режиме БП работает под нагрузкой, осуществляя питание материнской платы, жёстких дисков, оптических приводов, вентиляторов .
Измерение выходного напряжения БП, который находится не под нагрузкой, может привести к довольно высокой погрешности.
Обратите внимание! В качестве нагрузки может быть использован внешний вентилятор на 12В, привод оптических дисков или старый жёсткий диск, а также комбинации указанных устройств.
Шаг 6. Включить блок питания. Подаём питание на БП (не забудьте включить кнопку питания на самом БП, если таковая была выключена на Шаге 1).
Шаг 7. Взять вольтметр и измерить выходное напряжение БП. Выходное напряжение БП будем измерять на парах проводов, указанных в Шаге 3. Эталонное значение напряжения для чёрного и розового провода составляет - 3,3В, чёрного и красного - 5В, чёрного и жёлтого - 12В.
Допускается отклонение указанных значений в размере ±5%. Таким образом, напряжение:
3,3В должно находиться в пределах 3,14 - 3,47В;
5В должно находиться в пределах 4,75 - 5,25В;
12В должно находиться в пределах 11,4 - 12,6В.
Визуальный осмотр блока питания
Шаг 1. Выключить компьютер. Необходимо помнить, что БП компьютера работает с опасным для человека напряжением - 220В.
Шаг 2. Отрыть боковую крышку системного блока.
Запомните или для удобства сфотографируйте, то каким образом выполнено подключение питания к каждой из компонент (материнская плата, жёсткий диски, оптический привод, пр.) после чего их следует отсоединить от блока питания.
При неисправности устройства в первую очередь проверяется источник тока, а затем все остальное. Для этого применяются тестер блоков питания, осциллограф, измерители напряжения, тока, сопротивления, частоты. Обычный мультиметр тоже возможно использовать как тестер блока питания компьютера или другого прибора. Он может измерить как силу тока, так и определить сопротивление нагрузки.
Устройство источника питания
Чтобы выявить неисправность, необходимо иметь общее представление о назначении и устройстве источника электрического тока.
Сейчас используются два вида блоков питания: трансформаторные и импульсные. Первые с помощью понижающего трансформатора преобразуют переменный ток 220 вольт 50 герц в напряжение необходимой величины. Затем оно посредством диодного моста выпрямляется, а конденсаторы и транзисторы преобразуют его в постоянный ток.
Вторые с помощью высоковольтных диодов переменные 220 вольт сначала выпрямляют, пропускают через фильтр и преобразуют в импульсный ток частотой (30-200) тысяч герц. После этого высокочастотное напряжение поступает на трансформатор, и с вторичных обмоток выходит нужный потенциал. Дальше преобразование идет, как в трансформаторном блоке питания.
Импульсные источники тока получили большое распространение благодаря меньшим габаритам при одинаковой мощности.
Трансформаторы нужны для безопасности людей и защиты элементов питания от высокого напряжения.
Измерение тока
Имея общее представление о работе источника тока можно приступить к его проверке. Если речь идет о блоках питания для телефонов, фотоаппаратов и прочей маломощной аппаратуры с небольшими блоками, то в них можно измерить ток.
Как измерить силу тока – вопрос и школьного учебника. Мультиметр или амперметр подключают в разрыв цепи. Обращаем внимание на предельное значение шкалы. Если мультиметр позволяет измерить максимум 10 А, то проверить можно блок, рассчитанный максимум на такой ток, и не больше. Ток у нас будет постоянный, поскольку он уже прошел через блок.
Чтобы подключить блок питания, надо либо разрезать один из проводов, либо разобрать корпус. Цепь должна быть замкнута на тестер. Измерения проводятся быстро, в течение 2 секунд, чтобы контакты не успели сильно нагреться.
Подготовка к измерению напряжения
В некоторых случаях проверяют напряжение. Для примера рассмотрим блок питания компьютера. Снимем боковую крышку системного бокса. Затем отсоединим все кабели, идущие к источнику тока.
Жгуты собраны из проводников разного цвета, каждому из них соответствует определенное напряжение. Контакты с черными проводами соответствуют общему (земле). Желтый проводник подает +12 вольт, красный +5 вольт, оранжевый +3,3 вольта. Голубой соответствует -12 В, белый -5 В, фиолетовый +5VSB (дежурное питание), серый PW-OK (Power good), зеленый PS-ON.
При включенном переключателе на контактах PS-ON и PW-OK должно быть +5 В.
На фиолетовом проводе напряжение присутствует, пока переключатель питания на задней крышке компьютера включен и подключен к сети. Это позволяет осуществлять удаленный запуск компьютера.
Белый используется редко, предназначен для плат расширения, устанавливаемых в ISA слот.
Голубой провод необходим интерфейсу RS232, FireWire и некоторым PCI платам расширения.
Замер напряжения
Теперь можно приступить непосредственно к измерениям. Проверка питания с помощью мультиметра осуществляется в следующей последовательности.
В двадцатиконтактном разъеме коннекторы с зеленым и одним черным проводом замыкаются перемычкой. Когда они закорочены, блок питания запускается.
Поворотом переключателя тестера выбирается режим измерения постоянного напряжения, устанавливается диапазон 20 вольт. Черный измерительный щуп присоединяется к контакту с общим проводом. Красным проверяются напряжения на остальных клеммах. Показания должны находиться в пределах:
- для +5 V 4,75…5,25 V;
- для +12 V 11,4…12,6 V;
- для +3,3 V 3,14…3,47 V;
- для -12 V -10,8…-13,2 V.
Если выдаваемые напряжения соответствуют норме, то на клемме Power good должно быть +5 вольт. Этот сигнал поступает на материнскую плату и разрешает запуск процессора.
Кроме основного жгута из блока питания компьютера выходят еще несколько дополнительных с четырехпиновыми разъемами. Они предназначены для подачи напряжения жестким и оптическим дискам. Здесь тоже присутствует цветовое кодирование сигналов. Измерения производятся, как на основном разъеме.
Если показания на клеммах входят в допустимый интервал, то блок питания исправен. Значит, поломка находится на материнской плате.
Поиск причины неисправности
При отсутствии какого-либо напряжения, выхода значений за пределы допуска, нужно искать причину этого в блоке питания. Для этого его нужно вынуть из системного бокса. На задней крышке вывинчиваются винты, держащие корпус источника тока, и он вынимается. Затем нужно снять защитный кожух блока питания.
После этого осуществляется визуальный контроль, проверяется наличие нагаров, вздутий конденсаторов. Элементы питания с такими признаками надо заменить. Дальнейшая проверка начинается с прозвонки цепи, в которой отсутствует напряжение.
Мультиметр переключается в положение измерения сопротивления. В этом режиме сетевой кабель должен быть отключен от блока питания. Один щуп подсоединяется к контакту разъема с отсутствующим потенциалом, второй к точке присоединения провода к плате и производится измерение. Прибор должен показать 0 Ом. Это значит, что проводник цел. Если значения ненулевые, то его нужно заменить.
Проверка всей цепи
После замены неисправных элементов к блоку питания подключается переменный ток и все заново измеряется тестером. Если сигнал отсутствует, то проверяется его наличие по всей цепи от разъема до выходного каскада транзистора, выдающего данное напряжение. Это можно проследить по ламелям (полоскам меди на плате).
При отсутствии напряжения на транзисторе, проверяется его наличие на стабилитроне и конденсаторе. Если и там отсутствует, то проверяется состояние импульсного трансформатора. Блок питания отключается от сети, а с помощью мультиметра измеряются сопротивления его обмоток.
Если на всех контактах выходных разъемов отсутствует напряжение, то проверку нужно начинать от места присоединения сетевого кабеля. Тестер переключается в режим переменного напряжения 750 вольт.
Затем проверяется наличие 220 вольт на выходе сетевого кабеля, потом на входе диодного моста. Так как выходное напряжение будет выпрямленное, то тестер надо переключить на постоянный ток. Так можно определить неисправность, а затем устранить ее.
На этом проверка блока питания компьютера заканчивается. Источники тока в большинстве других приборах устроены, так же как и рассмотренный выше блок питания.
Различие может быть в номиналах выходного напряжения. Если человек своими руками разобрал и проверил компьютерный источник тока, то ему не составит труда разобраться с остальными.
В предлагаемой вашему вниманию статье даётся описание используемой нами методики тестирования блоков питания – до настоящего момента отдельные части этого описания были рассеяны по различным статьям с тестами блоков питания, что не слишком удобно для желающих быстро ознакомиться с методикой по её состоянию на сегодняшний день.Данный материал обновляется по мере развития и совершенствования методики, поэтому некоторые отражённые в нём методы могут не использоваться в наших старых статьях с тестами блоков питания – это означает лишь то, что метод был разработан уже после публикации соответствующей статьи. Список внесённых в статью изменений Вы найдёте в её конце.
Статью можно достаточно чётко разделить на три части: в первой мы коротко перечислим проверяемые нами параметры блока и условия этих проверок, а также поясним технический смысл данных параметров. Во второй части мы упомянем ряд терминов, часто используемых производителями блоков в маркетинговых целях, и дадим их объяснение. Третья часть будет интересна для желающих более подробно ознакомиться с техническими особенностями построения и функционирования нашего стенда для тестирования блоков питания.
Направляющим и руководящим документом при разработке описанной ниже методики для нас служил стандарт , с последней версией которого можно ознакомиться на сайте FormFactors.org . В настоящий момент он вошёл как составная часть в более общий документ под названием Power Supply Design Guide for Desktop Platform Form Factors , в котором описаны блоки не только ATX, но и других форматов (CFX, TFX, SFX и так далее). Несмотря на то, что формально PSDG не является обязательным к исполнению для всех производителей блоков питания стандартом, мы a priori считаем, что если для компьютерного блока питания явно не указано иное (то есть это блок, находящийся в обычной розничной продаже и предназначенный для общего использования, а не каких-то конкретных моделей компьютеров конкретного производителя), он должен соответствовать требованиям PSDG.
Ознакомиться с результатами тестов конкретных моделей блоков питания можно по нашему каталогу: "Каталог протестированных блоков питания ".
Визуальный осмотр блока питания
Разумеется, первый этап тестирования – визуальный осмотр блока. Помимо эстетического удовольствия (или, наоборот, разочарования), он даёт нам и ряд вполне интересных показателей качества изделия.Во-первых, разумеется, это качество изготовления корпуса. Толщина металла, жёсткость, особенности сборки (например, корпус может быть выполнен из тонкой стали, но скреплён семью-восемью болтами вместо обычных четырёх), качество окраски блока...
Во-вторых, качество внутреннего монтажа. Все проходящие через нашу лабораторию блоки питания обязательно вскрываются, изучаются внутри и фотографируются. Мы не заостряем внимания на мелких деталях и не перечисляем все найденные в блоке детали вместе с их номиналами – это, конечно, придало бы статьям наукообразности, но на практике в большинстве случаев совершенно бессмысленно. Тем не менее, если блок выполнен по какой-либо в целом относительно нестандартной схеме, мы стараемся в общих чертах описать её, а также объяснить причины, по которым конструкторы блока могли выбрать именно такую схему. И, разумеется, если мы замечаем какие-либо серьёзные огрехи в качестве изготовления – например, неаккуратную пайку – мы обязательно их упоминаем.
В-третьих, паспортные параметры блока. В случае, скажем так, недорогих изделий уже по ним часто можно сделать некоторые выводы о качестве – например, если общая указанная на этикетке мощность блока оказывается явно больше суммы произведений указанных там же токов и напряжений.
Также, разумеется, мы перечисляем имеющиеся на блоке шлейфы и разъёмы и указываем их длину. Последнюю мы записываем в виде суммы, в которой первое число равно расстоянию от блока питания до первого разъёма, второе – расстоянию между первым и вторым разъёмами, и так далее. Для показанного на рисунке выше шлейфа запись будет выглядеть так: "съёмный шлейф с тремя разъёмами питания SATA-винчестеров, длиной 60+15+15 см".
Работа на полной мощности
Самая интуитивно понятная и потому самая популярная среди пользователей характеристика – полная мощность блока питания. На этикетке блока указывается так называемая долговременная мощность, то есть такая, с которой блок может работать неограниченное время. Иногда рядом указывается пиковая мощность – как правило, с ней блок может работать не более минуты. Некоторые не слишком добросовестные производители указывают либо только пиковую мощность, либо же долговременную, но лишь при комнатной температуре – соответственно, при работе внутри реального компьютера, где температура воздуха выше комнатной, допустимая мощность такого блока питания оказывается ниже. Согласно рекомендациям ATX 12V Power Supply Design Guide , основополагающего документа в вопросах работы компьютерных блоков питания, блок должен работать с указанной на нём мощностью нагрузки при температуре воздуха до 50 °C – и некоторые производители упоминают данную температуру в явном виде, чтобы избежать разночтений.В наших тестах, впрочем, проверка работы блока на полной мощности проходит в смягчённых условиях – при комнатной температуре, около 22...25 °C. С максимальной допустимой нагрузкой блок работает не менее получаса, если за это время с ним не произошло никаких происшествий – проверка считается успешно пройденной.
На данный момент наша установка позволяет полностью нагружать блоки мощностью до 1350 Вт.
Кросс-нагрузочные характеристики
Несмотря на то, что компьютерный блок питания является источником нескольких разных напряжений одновременно, основные из которых +12 В, +5 В, +3,3 В, в большинстве моделей на первые два напряжения стоит общий стабилизатор. В своей работе он ориентируется на среднее арифметическое между двумя контролируемыми напряжениями – такая схема называется "групповая стабилизация".Как минусы, так и плюсы такой конструкции очевидны: с одной стороны, снижение себестоимости, с другой – зависимость напряжений друг от друга. Скажем, если мы увеличиваем нагрузку на шину +12 В, соответствующее напряжение проседает и стабилизатор блока пытается его "вытянуть" на прежний уровень – но, так как он одновременно стабилизирует и +5 В, повышаются оба напряжения. Стабилизатор считает ситуацию исправленной, когда среднее отклонение обоих напряжений от номинала равно нулю – но в данной ситуации это означает, что напряжение +12 В окажется немного ниже номинала, а +5 В – немного выше; если мы ещё поднимем первое, то сразу же увеличится и второе, если опустим второе – снизится и первое.
Разумеется, разработчики блоков применяют некоторые усилия для сглаживания этой проблемы – оценить же их эффективность проще всего с помощью так называемых графиков кросс-нагрузочных характеристик (сокращённо КНХ).
Пример графика КНХ
По горизонтальной оси графика откладывается нагрузка на шину +12 В тестируемого блока (если у него несколько линий с этим напряжением – суммарная нагрузка на них), а по вертикальной – суммарная нагрузка на шины +5 В и +3,3 В. Соответственно, каждая точка графика соответствует некоторому балансу нагрузки блока между этими шинами. Для большей наглядности мы не просто изображаем на графиках КНХ зону, в которой выходные нагрузки блока не выходят за допустимые пределы, а ещё и обозначаем разными цветами их отклонения от номинала – от зелёного (отклонение менее 1 %) до красного (отклонение от 4 до 5 %). Отклонение свыше 5 % считается недопустимым.
Скажем, на приведённом выше графике мы видим, что напряжение +12 В (он построен именно для него) у тестируемого блока держится неплохо, значительная часть графика залита зелёным цветом – и лишь при сильном дисбалансе нагрузок в сторону шин +5 В и +3,3 В оно уходит в красный цвет.
Кроме того, слева, снизу и справа график ограничен минимальной и максимальной допустимой нагрузкой блока – а вот неровный верхний край обязан своим происхождением вышедшим за 5-процентный предел напряжениям. Согласно стандарту, в этой области нагрузок блок питания использоваться по назначению уже не может.
Область типичных нагрузок на графике КНХ
Конечно, большое значение имеет и то, в какой именно области графика напряжение сильнее отклоняется от номинала. На картинке выше штриховкой закрашена область энергопотребления, типичная для современных компьютеров – все наиболее мощные их компоненты (видеокарты, процессоры...) ныне питаются от шины +12 В, поэтому нагрузка на неё может быть очень большой. А вот на шинах +5 В и +3,3 В, по сути, остались только жёсткие диски да компоненты материнской платы, так что потребление по ним очень редко превышает несколько десятков ватт даже в очень мощных по современным меркам компьютерах.
Если сравнить приведённые выше графики двух блоков, то хорошо видно, что первый из них уходит в красный цвет в области, несущественной для современных компьютеров, а вот второй, увы – наоборот. Поэтому, хотя в целом по всему диапазону нагрузок оба блока показали схожий результат, на практике первый будет предпочтительнее.
Так как мы в ходе теста контролируем все три основные шины блока питания – +12 В, +5 В и +3,3 В – то КНХ в статьях представляются в виде анимированного трёхкадрового изображения, каждый из кадров которого соответствует отклонению напряжения на одной из упомянутых шин.
В последнее время также всё большее распространение получают блоки питания с независимой стабилизацией выходных напряжений, в которых классическая схема дополнена дополнительными стабилизаторами по так называемой схеме с насыщаемым сердечником. Такие блоки демонстрируют существенно меньшую корреляцию между выходными напряжениями – как правило, графики КНХ для них изобилуют зелёным цветом.
Скорость вращения вентилятора и прирост температуры
Эффективность системы охлаждения блока можно рассматривать с двух позиций – с точки зрения шумности и с точки зрения нагрева. Очевидно, что достичь хороших показателей по обоим этим пунктам весьма проблематично: хорошее охлаждение можно получить, установив более мощный вентилятор, но тогда мы проиграем в шумности – и наоборот.Для оценки эффективности охлаждения блока мы пошагово меняем его нагрузку от 50 Вт до максимально допустимой, на каждом этапе давая блоку 20...30 минут на прогрев – за это время его температура выходит на постоянный уровень. После прогрева с помощью оптического тахометра Velleman DTO2234 измеряется скорость вращения вентилятора блока, а с помощью двухканального цифрового термометра Fluke 54 II – разность температур между входящим в блок холодным воздухом и выходящим из него подогретым.
Разумеется, в идеале оба числа должны быть минимальны. Если велики и температура, и скорость вентилятора, это говорит нам о непродуманной системе охлаждения.
Разумеется, все современные блоки обладают регулировкой скорости вращения вентилятора – однако на практике может сильно варьироваться как начальная скорость (то есть скорость при минимальной нагрузке; она весьма важна, так как определяет шумность блока в моменты, когда компьютер ничем не загружен – и значит, вентиляторы видеокарты и процессора вращаются на минимальных оборотах), так и график зависимости скорости от нагрузки. Скажем, в блоках питания нижней ценовой категории для регулировки скорости вентилятора часто используется один-единственный терморезистор без каких-либо дополнительных схем – при этом обороты могут меняться всего на 10...15 %, что и регулировкой-то назвать даже трудно.
Многие производители блоков питания указывают для них либо шумность в децибелах, либо скорость вентилятора в оборотах в минуту. И то, и другое часто сопровождается хитрой маркетинговой уловкой – измеряются шумность и обороты при температуре 18 °C. Полученная цифра обычно очень красива (например, шумность 16 дБА), но не несёт в себе никакого смысла – в реальном-то компьютере температура воздуха будет на 10...15 °C выше. Ещё одной встречавшейся нам уловкой было указание для блока с двумя разнотипными вентиляторами характеристик только более медленного из них.
Пульсации выходных напряжений
Принцип действия импульсного блока питания – а все компьютерные блоки являются импульсными – основан на работе понижающего силового трансформатора на частоте, существенно большей частоты переменного тока в питающей сети, что позволяет во много раз сократить габариты этого трансформатора.Переменное напряжение сети (с частотой 50 или 60 Гц, в зависимости от страны) на входе блока выпрямляется и сглаживается, после чего поступает на транзисторный ключ, преобразующий постоянное напряжение обратно в переменное, но уже с частотой на три порядка выше – от 60 до 120 кГц, в зависимости от модели блока питания. Это напряжение и поступает на высокочастотный трансформатор, понижающий его до нужных нам значений (12 В, 5 В...), после чего снова выпрямляется и сглаживается. В идеале выходное напряжение блока должно быть строго постоянным – но в реальности, конечно, полностью сгладить переменный высокочастотный ток невозможно. Стандарт требует, чтобы размах (расстояние от минимума до максимума) остаточных пульсаций выходных напряжений блоков питания при максимальной нагрузке не превышал 50 мВ для шин +5 В и +3,3 В и 120 мВ для шины +12 В.
В ходе тестирования блока мы снимаем осциллограммы его основных выходных напряжений при максимальной нагрузке с помощью двухканального осциллографа Velleman PCSU1000 и представляем их в виде общего графика:
Верхняя линия на нём соответствует шине +5 В, средняя – +12 В, нижняя – +3,3 В. На картинке выше для удобства справа наглядно проставлены предельно допустимые значения пульсаций: как вы видите, в данном блоке питания шина +12 В укладывается в них легко, шина +5 В – с трудом, а шина +3,3 В – не укладывается вообще. Высокие узкие пики на осциллограмме последнего напряжения говорят нам о том, что блок не справляется с фильтрацией наиболее высокочастотных помех – как правило, это является следствием использования недостаточно хороших электролитических конденсаторов, эффективность работы которых сильно падает с ростом частоты.
На практике выход размаха пульсаций блока питания за допустимые пределы может негативно влиять на стабильность работы компьютера, а также давать наводки на звуковые карты и подобное оборудование.
Коэффициент полезного действия
Если выше мы рассматривали только выходные параметры блока питания, то при измерении КПД уже учитываются его входные параметры – какой процент мощности, получаемой из питающей сети, блок преобразует в мощность, отдаваемую им в нагрузку. Разница, разумеется, идёт на бесполезный нагрев самого блока.Текущая версия стандарта ATX12V 2.2 накладывает ограничение на КПД блока снизу: минимум 72 % при номинальной нагрузке, 70 % при максимальной и 65 % при лёгкой нагрузке. Помимо этого, есть рекомендуемые стандартом цифры (КПД 80 % при номинальной нагрузке), а также добровольная программа сертификации "80+Plus", согласно которой блок питания должен иметь КПД не ниже 80 % при любой нагрузке от 20 % до максимально допустимой. Такие же требования, как и в "80+Plus", содержатся в новой программе сертификации Energy Star версии 4.0.
На практике КПД блока питания зависит от напряжения сети: чем оно выше, тем лучше КПД; разница в КПД между сетями 110 В и 220 В составляет около 2 %. Кроме того, разница в КПД между разными экземплярами блоков одной модели из-за разброса параметров компонентов также может составлять 1...2 %.
В ходе наших тестов мы небольшими шагами изменяем нагрузку на блок от 50 Вт до максимально возможной и на каждом шаге после небольшого прогрева измеряем мощность, потребляемую блоком от сети – отношение мощности нагрузки к мощности, потребляемой от сети, и даёт нам КПД. В результате получается график зависимости КПД от нагрузки на блок.
Как правило, у импульсных блоков питания КПД быстро растёт по мере увеличения нагрузки, достигает максимума и затем медленно снижается. Такая нелинейность даёт интересное следствие: с точки зрения КПД, как правило, немного выгоднее покупать блок, паспортная мощность которого адекватна мощности нагрузки. Если же взять блок с большим запасом мощности, то маленькая нагрузка попадёт на нём в область графика, где КПД ещё не максимален (например, 200-ваттная нагрузка на показанном выше графике 730-ваттного блока).
Коэффициент мощности
Как известно, в сети переменного тока можно рассматривать два вида мощности: активную и реактивную. Реактивная мощность возникает в двух случаях – либо если ток нагрузки по фазе не совпадает с напряжением сети (то есть нагрузка имеет индуктивный или ёмкостный характер), либо если нагрузка является нелинейной. Компьютерный блок питания представляет собой ярко выраженный второй случай – если не принимать какие-либо дополнительные меры, он потребляет ток от сети короткими высокими импульсами, совпадающими с максимумами сетевого напряжения.Собственно же проблема заключается в том, что, если активная мощность целиком преобразуется в блоке в работу (под которой мы в данном случае понимаем как отдаваемую блоком в нагрузку энергию, так и его собственный нагрев), то реактивная им на самом деле не потребляется вообще – она полностью возвращается обратно в сеть. Так сказать, просто гуляет туда-сюда между электростанцией и блоком. А вот соединяющие их провода она при этом нагревает ничуть не хуже, чем мощность активная... Поэтому от реактивной мощности стараются по мере возможности избавиться.
Схема, известная под названием "активный PFC", является наиболее эффективным средством подавления реактивной мощности. По своей сути, это импульсный преобразователь, который сконструирован так, что мгновенный потребляемый ток у него прямо пропорционален мгновенному напряжению в сети – иначе говоря, он специально сделан линейным, а потому потребляет только активную мощность. С выхода A-PFC напряжение подаётся уже собственно на импульсный преобразователь блока питания, тот самый, который раньше создавал реактивную нагрузку своей нелинейностью – но, так как теперь это уже постоянное напряжение, то линейность второго преобразователя роли больше не играет; он надёжно отделён от питающей сети и повлиять на неё больше не может.
Для оценки относительной величины реактивной мощности применяют такое понятие, как коэффициент мощности – это отношение активной мощности к сумме активной и реактивной мощностей (эту сумму также часто называют полной мощностью). В обычном блоке питания он составляет около 0,65, а в блоке питания с A-PFC – около 0,97...0,99, то есть использование A-PFC сводит реактивную мощность почти к нулю.
Пользователи и даже авторы обзоров часто путают коэффициент мощности с коэффициентом полезного действия – несмотря на то, что оба описывают эффективность блока питания, это очень грубая ошибка. Разница в том, что коэффициент мощности описывает эффективность использования блоком питания сети переменного тока – какой процент проходящей через неё мощности блок использует для своей работы, а КПД – уже эффективность преобразования потреблённой от сети мощности в отдаваемую в нагрузку мощность. Друг с другом они не связаны вообще никак, потому что, как было написано выше, реактивная мощность, определяющая величину коэффициента мощности, в блоке попросту ни во что не преобразуется, с ней нельзя связать понятие "эффективность преобразования", следовательно, она никак не влияет на КПД.
Вообще говоря, A-PFC выгоден не пользователю, а энергетическим компаниям, так как он снижает нагрузку на энергосистему, создаваемую блоком питания компьютера, более чем на треть – а когда компьютер стоит на каждом рабочем столе, это выливается в весьма заметные цифры. В то же время для обычного домашнего пользователя нет практически никакой разницы, есть в составе его блока питания A-PFC или же нет, даже с точки зрения оплаты электроэнергии – по крайней мере пока бытовые электросчётчики учитывают только активную мощность. Все же заявления производителей о том, как A-PFC помогает вашему компьютеру – не более чем обычный маркетинговый шум.
Одним из побочных плюсов A-PFC является то, что его можно легко спроектировать для работы в полном диапазоне напряжений от 90 до 260 В, сделав таким образом универсальный блок питания, работающий в любой сети без ручного переключения напряжения. Более того, если блоки с переключателями напряжения сети могут работать в двух диапазонах – 90...130 В и 180...260 В, но при этом их нельзя запустить в диапазоне от 130 до 180 В, то блок с A-PFC покрывает все эти напряжения целиком. В результате, если вы по каким-либо причинам вынуждены работать в условиях нестабильного электропитания, часто проседающего ниже 180 В, то блок с A-PFC позволит либо вообще обойтись без ИБП, либо изрядно увеличить срок службы его аккумулятора.
Впрочем, сам по себе A-PFC ещё не гарантирует работу в полном диапазоне напряжений – он может быть рассчитан только на диапазон 180...260 В. Это иногда встречается в блоках, предназначенных для Европы, так как отказ от полнодиапазонного A-PFC позволяет немного уменьшить его себестоимость.
Помимо активных PFC, в блоках также встречаются и пассивные. Они представляют собой наиболее простой способ коррекции коэффициента мощности – это всего лишь большой дроссель, включённый последовательно с блоком питания. За счёт своей индуктивности он немного сглаживает импульсы тока, потребляемые блоком, тем самым снижая степень нелинейности. Эффект от P-PFC весьма невелик – коэффициент мощности увеличивается с 0,65 до 0,7...0,75, зато, если установка A-PFC требует серьёзной переделки высоковольтных цепей блока, то P-PFC может быть без малейшего труда добавлен в любой существующий блок питания.
В наших тестах мы определяем коэффициент мощности блока по той же схеме, что и КПД – постепенно увеличивая мощность нагрузки от 50 Вт до максимально допустимой. Полученные данные представляются на том же графике, что и КПД.
Работа в паре с ИБП
К сожалению, описанные выше A-PFC имеет не только достоинства, но и один недостаток – некоторые его реализации не могут нормально работать с блоками бесперебойного питания. В момент перехода ИБП на батареи такие A-PFC скачком увеличивают своё потребление, в результате чего в ИБП срабатывает защита от перегрузки и он просто отключается.Для оценки адекватности реализации A-PFC в каждом конкретном блоке мы подключаем его к ИБП APC SmartUPS SC 620VA и проверяем их работу в двух режимах – сначала при питании от сети, а потом при переходе на батареи. В обоих случаях мощность нагрузки на блок постепенно увеличивается до того момента, пока на ИБП не включится индикатор перегрузки.
Если данный блок питания совместим с ИБП, то допустимая мощность нагрузки на блок при питании от сети обычно составляет 340...380 Вт, а при переходе на батареи – чуть меньше, около 320...340 Вт. При этом, если в момент перехода на батареи мощность была выше, то ИБП включает индикатор перегрузки, но не отключается.
Если же у блока есть указанная выше проблема, то максимальная мощность, при которой ИБП соглашается с ним работать на батареях, падает заметно ниже 300 Вт, а при её превышении ИБП полностью выключается либо прямо в момент перехода на батареи, либо спустя пять-десять секунд. Если вы планируете обзаводиться ИБП, такой блок лучше не покупать.
К счастью, в последнее время блоков, несовместимых с ИБП, остаётся всё меньше. Скажем, если такие проблемы были у блоков серий PLN/PFN компании FSP Group, то уже в следующих сериях GLN/HLN они были полностью исправлены.
Если же вы уже являетесь обладателем блока, неспособного нормально работать с ИБП, то выходов два (помимо доработки самого блока, для чего требуется хорошее знание электроники) – менять либо блок, либо ИБП. Первое, как правило, дешевле, так как ИБП потребуется приобретать как минимум с очень большим запасом по мощности, а то и вовсе – online-типа, что, мягко говоря, недёшево и в домашних условиях ничем не оправдано.
Маркетинговый шум
Помимо технических характеристик, которые можно и нужно проверять в ходе тестов, производители часто любят снабжать блоки питания массой красивых надписей, повествующих об использованных в них технологиях. При этом их смысл иногда искажён, иногда тривиален, иногда эти технологии вообще относятся лишь к особенностям внутренней схемотехники блока и не влияют на его "внешние" параметры, а используются по соображениям технологичности или себестоимости. Иначе говоря, зачастую красивые ярлыки представляют собой обычный маркетинговый шум, причём – белый, не содержащий в себе никакой ценной информации. Большинство из таких заявлений не имеет большого смысла проверять экспериментально, однако ниже мы постараемся перечислить основные и наиболее часто встречающиеся, чтобы наши читатели могли более ясно представлять, с чем имеют дело. Если вы считаете, что мы упустили какой-либо из характерных пунктов – не стесняйтесь сказать нам об этом, мы обязательно дополним статью.Dual +12V output circuits
В старые-старые времена блоки питания имели по одной шине на каждое из выходных напряжений – +5 В, +12 В, +3,3 В и пару отрицательных напряжений, а максимальная мощность каждой из шин не превышала 150...200 Вт, и лишь в некоторых особо мощных серверных блоках нагрузка на пятивольтовую шину могла достигать 50 А, то есть 250 Вт. Однако со временем ситуация менялась – общая потребляемая компьютерами мощность всё росла, а её распределение между шинами сдвигалось в сторону +12 В.
В стандарте ATX12V 1.3 рекомендуемый ток шины +12 В достиг 18 А... и вот тут и начались проблемы. Нет, не с повышением тока, с этим никаких особенных проблем не было, а с безопасностью. Дело в том, что, согласно стандарту EN-60950, максимальная мощность на свободно доступных пользователю разъёмах не должна превышать 240 ВА – считается, что большие мощности в случае замыканий или отказа оборудования уже с большой вероятностью могут приводить к разным неприятным последствиям, например, к возгоранию. На 12-вольтовой шине такая мощность достигается при токе 20 А, при этом выходные разъёмы блока питания, очевидно, считаются свободно доступными пользователю.
В результате, когда потребовалось ещё больше увеличить допустимый ток нагрузки на +12 В, разработчиками стандарта ATX12V (то есть компанией Intel) было решено разделить эту шину на несколько, с током по 18 А каждая (разница в 2 А закладывалась как небольшой запас). Исключительно из требований безопасности, абсолютно никаких других причин у этого решения нет. Немедленным следствием из этого является то, что блоку питания на самом деле совсем не требуется иметь более одной шины +12 В – ему лишь требуется, чтобы при попытке нагрузить любой его 12-вольтовый разъём током более 18 А срабатывала защита. И всё. Самый простой способ реализации этого заключается в установке внутри блока питания нескольких шунтов, к каждому из которых подключена своя группа разъёмов. Если ток через один из шунтов превышает 18 А – срабатывает защита. В результате, с одной стороны, ни на одном из разъёмов по отдельности мощность не может превысить 18 А * 12 В = 216 ВА, с другой же стороны, суммарная мощность, снимаемая с разных разъёмов, может быть и больше этой цифры. И волки сыты, и овцы целы.
Поэтому – на самом деле – блоков питания с двумя, тремя или четырьмя шинами +12 В в природе практически не встречается. Просто потому, что это не надо – зачем городить внутри блока, где и так весьма тесно, кучу дополнительных деталей, когда можно обойтись парой-тройкой шунтов да простенькой микросхемой, которая будет контролировать напряжение на них (а так как сопротивление шунтов нам известно, то из напряжения немедленно и однозначно следует величина протекающего через шунт тока)?
Однако маркетинговые отделы производителей блоков питания не могли пройти мимо такого подарка – и вот уже на коробках блоков питания красуются изречения о том, как две линии +12 В помогают увеличить мощность и стабильность. А уж если линий три...
Но ладно, если бы этим дело ограничилось. Последнее веяние моды – это блоки питания, в которых разделение линий как бы есть, а как бы и нет. Как это? Очень просто: как только ток на одной из линий достигает заветных 18 А, защита от перегрузки... отключается. В результате, с одной стороны, и сакральная надпись "Triple 12V Rails for unprecedented power and stability" с коробки никуда не исчезает, а с другой, можно ещё рядом таким же шрифтом добавить какую-нибудь чушь о том, что при необходимости все три линии в одну объединяются. Чушь – потому что, как сказано выше, они никогда и не разъединялись. Постичь же всю глубину "новой технологии" с технической точки зрения вообще решительно невозможно: по сути, отсутствие одной технологии нам пытаются преподнести как наличие другой.
Из известных нам случаев пока что на ниве продвижения в массы "самоотключающейся защиты" отметились компании Topower и Seasonic, а также, соответственно, брэнды, продающие их блоки под своей маркой.
Short circuit protection (SCP)
Защита от короткого замыкания выхода блока. Является обязательной согласно документу ATX12V Power Supply Design Guide – а значит, присутствует во всех блоках, претендующих на соответствие стандарту. Даже в тех, где на коробке нет надписи "SCP".
Overpower (overload) protection (OPP)
Защита от перегрузки блока по суммарной мощности по всем выходам. Является обязательной.
Overcurrent protection (OCP)
Защита от перегрузки (но ещё не короткого замыкания) любого из выходов блока по отдельности. Присутствует на многих, но не на всех блоках – и не для всех выходов. Обязательной не является.
Overtemperature protection (OTP)
Защита от перегрева блока. Встречается не столь часто и обязательной не является.
Overvoltage protection (OVP)
Защита от превышения выходных напряжений. Является обязательной, но, по сути, рассчитана на случай серьёзной неисправности блока – защита срабатывает лишь при 20...25 % превышении любого из выходных напряжений над номиналом. Иначе говоря, если Ваш блок выдаёт 13 В вместо 12 В – его желательно как можно быстрее заменить, но вот его защита при этом срабатывать не обязана, потому как рассчитана на более критические ситуации, грозящие немедленным выходом подключённого к блоку оборудования из строя.
Undervoltage protection (UVP)
Защита от занижения выходных напряжений. Разумеется, слишком низкое напряжение, в отличие от слишком высокого, к фатальным последствиям для компьютера не приводит, но может вызвать сбои, скажем, в работе жёсткого диска. Опять же, защита срабатывает при проседании напряжений на 20...25 %.
Nylon sleeve
Мягкие плетёные нейлоновые трубочки, в которые убраны выходные провода блока питания – они немного облегчают укладку проводов внутри системного блока, не давая им перепутываться.
К сожалению, многие производители от безусловно хорошей идеи использования нейлоновых трубочек перешли к толстым пластиковым трубкам, зачастую дополненным экранированием и светящимся в ультрафиолете слоем краски. Светящаяся краска – это, конечно, дело вкуса, а вот экранирование проводам блока питания нужно не более, чем рыбе зонтик. Зато толстые трубки делают шлейфы упругими и негнущимися, что не только мешает их укладывать в корпусе, но попросту представляет опасность для разъёмов питания, на которые приходится немалая сила сопротивляющихся сгибанию шлейфов.
Зачастую подаётся это якобы ради улучшения охлаждения системного блока – но, уверяю вас, упаковка проводов блока питания в трубки на потоки воздуха внутри корпуса влияет крайне слабо.
Dual core CPU support
По сути, не более чем красивая этикетка. Двуядерные процессоры не требуют от блока питания никакой специальной поддержки.
SLI and CrossFire support
Ещё одна красивая этикетка, означающая наличие достаточного количества разъёмов питания видеокарт и способности выдавать мощность, считающуюся достаточной для питания SLI-системы. Ничего более.
Иногда производитель блока получает от производителя видеокарт какой-нибудь соответствующий сертификат, но и он не означает ничего, кроме вышеупомянутого наличия разъёмов и большой мощности – при этом зачастую последняя значительно превышает потребности типичной SLI- или CrossFire-системы. Ведь надо же производителю как-то обосновать перед покупателями необходимость приобретения блока безумно большой мощности, так почему бы и не сделать этого, наклеив этикетку "SLI Certified" только на него?..
Industrial class components
И снова красивая этикетка! Как правило, под компонентами промышленного класса подразумеваются детали, работающие в широком диапазоне температур – но, право слово, зачем в блок питания ставить микросхему, способную работать при температуре от -45 °C, если побывать на морозе этому блоку всё равно не доведётся?..
Иногда под промышленными компонентами понимаются конденсаторы, рассчитанные на работу при температуре до 105 °C, но тут, в общем, тоже всё банально: конденсаторы в выходных цепях блока питания, греющиеся сами по себе, да ещё и расположенные рядом с горячими дросселями, всегда рассчитаны на 105 °C максимальной температуры. В противном случае срок их работы оказывается слишком маленьким (конечно, температура в блоке питания много ниже 105 °C, однако проблема заключается в том, что любое повышение температуры снижает срок службы конденсаторов – но чем выше максимально допустимая рабочая температура конденсатора, тем меньше будет влияние нагрева на его срок службы).
Входные же высоковольтные конденсаторы работают практически при температуре окружающего воздуха, поэтому использование немного более дешёвых 85-градусных конденсаторов никак на срок жизни блока питания не влияет.
Advanced double forward switching design
Заманивать покупателя красивыми, но совершенно непонятными ему словами – любимое занятие маркетинговых отделов.
В данном случае речь идёт о топологии блока питания, то есть общему принципу построения его схемы. Существует достаточно большое количество различных топологий – так, помимо собственно двухтранзисторного однотактного прямоходового преобразователя (double forward converter), в компьютерных блоках можно также встретить однотранзисторные однотактные прямоходовые преобразователи (forward converter), а также полумостовые двухтактные прямоходовые преобразователи (half-bridge converter). Все эти термины интересны лишь специалистам-электронщикам, для обычного же пользователя они по сути ничего не означают.
Выбор конкретной топологии блока питания определяется многими причинами – ассортиментом и ценой транзисторов с необходимыми характеристиками (а они серьёзно отличаются в зависимости от топологии), трансформаторов, управляющих микросхем... Скажем, однотранзисторный прямоходовый вариант прост и дёшев, но требует использования высоковольтного транзистора и высоковольтных диодов на выходе блока, поэтому используется он только в недорогих маломощных блоках (стоимость высоковольтных диодов и транзисторов большой мощности слишком велика). Полумостовый двухтактный вариант немного сложнее, зато и напряжение на транзисторах в нём вдвое меньше... В общем, в основном это вопрос наличия и стоимости необходимых компонентов. Например, можно с уверенностью прогнозировать, что рано или поздно во вторичных цепях компьютерных блоков питания начнут использоваться синхронные выпрямители – ничего особенно нового в этой технологии нет, известна она давно, просто пока что слишком дорога и обеспечиваемые ею преимущества не покрывают затраты.
Double transformer design
Использование двух силовых трансформаторов, которое встречается в блоках питания большой мощности (как правило, от киловатта) – как и в предыдущем пункте, чисто инженерное решение, которое само по себе в общем-то не влияет на характеристики блока сколь-нибудь заметным образом – просто в некоторых случаях удобнее распределить немалую мощность современных блоков по двум трансформаторам. Например, если один трансформатор полной мощности не удаётся втиснуть в габариты блока по высоте. Тем не менее, некоторые производители подают двухтрансформаторную топологию как позволяющую добиться большей стабильности, надёжности и так далее, что не совсем верно.
RoHS (Reduction of Hazardous Substances)
Новая директива Евросоюза, ограничивающая использование ряда вредных веществ в электронном оборудовании начиная с 1 июля 2006 года. Под запрет попали свинец, ртуть, кадмий, шестивалентный хром и два бромидных соединения – для блоков питания это означает, в первую очередь, переход на бессвинцовые припои. С одной стороны, конечно, мы все за экологию и против тяжёлых металлов – но, с другой стороны, резкий переход на использование новых материалов может иметь в будущем весьма неприятные последствия. Так, многие хорошо знают историю с жёсткими дисками Fujitsu MPG, в которых массовый выход из строя контроллеров Cirrus Logic был вызван упаковкой их в корпуса из нового "экологичного" компаунда компании Sumitomo Bakelite: входящие в него компоненты способствовали миграции меди и серебра и образованию перемычек между дорожками внутри корпуса микросхемы, что приводило к практически гарантированному отказу чипа через год-два эксплуатации. Компаунд сняли с производства, участники истории обменялись пачкой судебных исков, ну а владельцам данных, погибших вместе с винчестерами, оставалось лишь наблюдать за происходящим.
Используемое оборудование
Разумеется, первоочередной задачей при тестировании блока питания является проверка его работы на различных мощностях нагрузки, вплоть до максимальной. Долгое время в различных обзорах авторы использовали для этой цели обычные компьютеры, в которые устанавливался проверяемый блок. Такая схема имела два основных недостатка: во-первых, нет возможности сколь-нибудь гибко контролировать потребляемую от блока мощность, во-вторых, трудно адекватно нагрузить блоки, имеющие большой запас мощности. Вторая проблема особенно ярко стала проявляться в последние годы, когда производители блоков питания устроили настоящую гонку за максимальной мощностью, в результате чего возможности их изделий намного превзошли потребности типичного компьютера. Конечно, можно говорить о том, раз для компьютера не требуется мощность более 500 Вт, то и нет большого смысла тестировать блоки на большей нагрузки – с другой стороны, раз уж мы вообще взялись испытывать изделия с большей паспортной мощностью, то было бы странно хотя бы формально не проверить их работоспособность во всём допустимом диапазоне нагрузок.Для тестирования блоков питания в нашей лаборатории используется регулируемая нагрузка с программным управлением. Работа системы построена на одном хорошо известном свойстве полевых транзисторов с изолированным затвором (MOSFET): они ограничивают протекающий через цепь сток-исток ток в зависимости от напряжения на затворе.
Выше показана простейшая схема стабилизатора тока на полевом транзисторе: подключив схему к блоку питания с выходным напряжением +V и вращая ручку переменного резистора R1, мы меняем напряжение на затворе транзистора VT1, тем самым меняя и текущий через него ток I – от нуля до максимального (определяемого характеристиками транзистора и/или тестируемого блока питания).
Впрочем, такая схема не слишком совершенна: при нагреве транзистора его характеристики "поплывут", а значит, будет меняться и ток I, хотя управляющее напряжение на затворе останется постоянным. Для борьбы с этой проблемой необходимо добавить в схему второй резистор R2 и операционный усилитель DA1:
Когда транзистор открыт, ток I протекает через его цепь сток-исток и резистор R2. Напряжение на последнем равно, согласно закону Ома, U=R2*I. С резистора это напряжение поступает на инвертирующий вход операционного усилителя DA1; на неинвертирующий вход этого же ОУ поступает управляющее напряжение U1 с переменного резистора R1. Свойства любого операционного усилителя таковы, что при таком включении он старается поддерживать напряжение на своих входах одинаковым; делает он это посредством изменения своего выходного напряжения, которое в нашей схеме поступает на затвор полевого транзистора и, соответственно, регулирует протекающий через него ток.
Допустим, сопротивление R2 = 1 Ом, а на резисторе R1 мы установили напряжение 1 В: тогда ОУ так изменит своё выходное напряжение, чтобы на резисторе R2 также падал 1 вольт – соответственно, ток I установится равным 1 В / 1 Ом = 1 А. Если мы установим R1 на напряжение 2 В – ОУ отреагирует установкой тока I = 2 А, и так далее. Если ток I и, соответственно, напряжение на резисторе R2 изменятся из-за разогрева транзистора, ОУ тут же скорректирует своё выходное напряжение так, чтобы вернуть их обратно.
Как видите, мы получили отличную управляемую нагрузку, которая позволяет плавно, поворотом одной ручки, менять ток в диапазоне от нуля до максимума, а единожды установленное его значение автоматически поддерживает сколь угодно долго, да при этом ещё и весьма компактна. Такая схема, разумеется, на порядок удобнее громоздкого набора низкоомных резисторов, группами подключаемых к тестируемому блоку питания.
Максимальная мощность, рассеиваемая на транзисторе, определяется его тепловым сопротивлением, предельно допустимой температурой кристалла и температурой радиатора, на котором он установлен. В нашей установке используются транзисторы International Rectifier IRFP264N (PDF , 168 кбайт) с допустимой температурой кристалла 175 °C и тепловым сопротивлением кристалл-радиатор 0,63 °C/Вт, а система охлаждения установки позволяет удерживать температуру радиатора под транзистором в пределах 80 °C (да, требующиеся для этого вентиляторы – весьма шумны...). Таким образом, максимальная рассеиваемая на одном транзисторе мощность равна (175-80)/0,63 = 150 Вт. Для достижения нужной мощности используется параллельное включение нескольких описанных выше нагрузок, управляющий сигнал на которые подаётся с одного и того же ЦАПа; можно также использовать параллельное включение двух транзисторов при одном ОУ, в таком случае предельная рассеиваемая мощность увеличивается в полтора раза по сравнению с одним транзистором.
До полностью автоматизированного тестового стенда остаётся один шаг: заменить переменный резистор на ЦАП, управляемый компьютером – и мы сможем регулировать нагрузку программно. Подключив же несколько таких нагрузок к многоканальному ЦАП и установив тут же многоканальный АЦП, измеряющий выходные напряжения тестируемого блока в реальном времени, мы получим полноценную тестовую систему для проверки компьютерных блоков питания во всём диапазоне допустимых нагрузок при любых их комбинациях:
Выше на фотографии представлена наша тестовая система в её текущем виде. На верхних двух блоках радиаторов, охлаждаемых мощными вентиляторами типоразмера 120x120x38 мм, расположены транзисторы нагрузки 12-вольтовых каналов; более скромный радиатор охлаждает транзисторы нагрузки каналов +5 В и +3,3 В, а в сером блоке, подключаемом шлейфом к LPT-порту управляющего компьютера, расположены вышеупомянутые ЦАП, АЦП и сопутствующая электроника. При габаритах 290х270х200 мм она поволяет испытывать блоки питания мощностью до 1350 Вт (до 1100 Вт по шине +12 В и до 250 Вт по шинам +5 В и +3,3 В).
Для управления стендом и автоматизации некоторых тестов была написана специальная программа, снимок экрана которой представлен выше. Она позволяет:
вручную устанавливать нагрузку на каждый из четырёх имеющихся каналов:
первый канал +12 В, от 0 до 44 А;
второй канал +12 В, от 0 до 48 А;
канал +5 В, от 0 до 35 А;
канал +3,3 В, от 0 до 25 А;
в реальном времени контролировать напряжения тестируемого блока питания на указанных шинах;
автоматически измерять и строить графики кросс-нагрузочных характеристик (КНХ) для указанного блока питания;
автоматически измерять и строить графики зависимости КПД и коэффициента мощности блока в зависимости от нагрузки;
в полуавтоматическом режиме строить графики зависимости скоростей вентиляторов блока от нагрузки;
в полуавтоматическом режиме калибровать установку с целью получения максимально точных результатов.
Особенную ценность, конечно, представляет собой автоматическое построение графиков КНХ: для них требуется провести измерения выходных напряжений блока при всех допустимых для него комбинациях нагрузок, что означает очень большое количество измерений – для проведения такого теста вручную потребовалась бы изрядная усидчивость и избыток свободного времени. Программа же на основе введённых в неё паспортных характеристик блока строит карту допустимых для него нагрузок и далее проходит по ней с заданным интервалом, на каждом шаге измеряя выдаваемые блоком напряжения и нанося их на график; весь процесс занимает от 15 до 30 минут, в зависимости от мощности блока и шага измерений – и, главное, не требует вмешательства человека.
Измерение КПД и коэффициента мощности
Для измерения КПД блока и его коэффициента мощности используется дополнительное оборудование: тестируемый блок включается в сеть 220 В через шунт, к шунту же подключается осциллограф Velleman PCSU1000. Соответственно, на его экране мы видим осциллограмму потребляемого блоком тока, а значит, можем рассчитать потребляемую им от сети мощность, а зная установленную нами же мощность нагрузки на блок – и его КПД. Измерения проводятся в полностью автоматическом режиме: описанная выше программа PSUCheck умеет получать все нужные данные напрямую из ПО осциллографа, подключаемого к компьютеру по USB-интерфейсу.
Для обеспечения максимальной точности результата выходная мощность блока измеряется с учётом колебаний его напряжений: скажем, если при нагрузке 10 А выходное напряжение шины +12 В просело до 11,7 В, то соответствующее слагаемое при расчёте КПД будет равно 10 А * 11,7 В = 117 Вт.
Осциллограф Velleman PCSU1000
Этот же осциллограф используется и для измерения размаха пульсаций выходных напряжений блока питания. Измерения производятся на шинах +5 В, +12 В и +3,3 В при максимально допустимой нагрузке на блок, осциллограф подключается по дифференциальной схеме с двумя шунтирующими конденсаторами (именно такое подключение рекомендуется в ATX Power Supply Design Guide ):
Измерение размаха пульсаций
Используемый осциллограф – двухканальный, соответственно, за один раз можно измерить размах пульсаций только на одной шине. Для получения полной картины мы повторяем измерения трижды, а три полученных осциллограммы – по одной для каждой из контролируемых трёх шин – сводим в одну картинку:
Настройки осциллографа указаны в левом нижнем углу картинки: в данном случае вертикальный масштаб равен 50 мВ/дел., а горизонтальный – 10 мкс/дел. Как правило, вертикальный масштаб во всех наших измерениях неизменен, а вот горизонтальный может меняться – некоторые блоки имеют на выходе низкочастотные пульсации, для них мы приводим ещё одну осциллограмму, с горизонтальным масштабом 2 мс/дел.
Скорость вентиляторов блока – в зависимости от нагрузки на него – измеряется в полуавтоматическом режиме: используемый нами оптический тахометр Velleman DTO2234 интерфейса с компьютером не имеет, поэтому его показания приходится заносить вручную. В ходе этого процесса мощность нагрузки на блок шагами меняется от 50 Вт до максимально допустимой, на каждом шаге блок выдерживается не менее 20 минут, после чего измеряется скорость вращения его вентилятора.
Одновременно мы измеряем прирост температуры воздуха, проходящего через блок. Измерения проводятся с помощью двухканального термопарного термометра Fluke 54 II, один из датчиков которого определяет температуру воздуха в комнате, а другой – температуру воздуха на выходе из блока питания. Для большей повторяемости результатов второй датчик мы закрепляем на специальной подставке с фиксированной высотой и расстоянием до блока – таким образом, во всех тестах датчик находится в одной и той же позиции относительно блока питания, что обеспечивает равные условия для всех участников тестирования.
На итоговом графике одновременно откладываются скорости вентиляторов и разница температур воздуха – это позволяет в некоторых случаях лучше оценить нюансы работы системы охлаждения блока.
При необходимости для контроля точности измерений и калибровки установки используется цифровой мультиметр Uni-Trend UT70D. Установка калибруется по произвольному количеству точек измерений, расположенных в произвольных участках доступного диапазона – иначе говоря, для калибровки по напряжению к ней подключается регулируемый блок питания, выходное напряжение которого небольшими шагами меняется от 1...2 В до максимально измеряемого установкой на данном канале. На каждом шаге в программу управления установкой вводится точное значение напряжения, показываемое мультиметром, по итогам чего программа рассчитывает корректировочную таблицу. Такой способ калибровки позволяет обеспечить хорошую точность измерений во всём доступном диапазоне значений.
Перечень изменений в методике тестирования
30.10.2007 – первая версия статьи
ПК – устройства вполне надежные. Они изначально рассчитаны на особые условия работы (систематические включения/выключения, интенсивную эксплуатацию), и их поломка – случай довольно редкий. Но если она произошла, то это малоопытных «компьютерщиков» часто ставит в тупик.
А ведь существуют определенные правила ремонта любого эл/прибора, одно из которых гласит – всегда начинай с диагностики питания. В компьютере источником «вторичного» является БП. И если сетевое напряжение в норме, то осуществлять проверку нужно именно с его тестирования. Проверить блок питания компьютера можно даже без материнской платы.
Признаки неисправности компьютерного блока питания
Когда речь заходит об электронике, то причины поломок могут быть самые непредсказуемые. Но это уже к вопросу о специфике восстановления работоспособности. Определить же необходимость ремонта конкретного узла или схемы можно и визуально, в том числе, блока питания.
- При нажатии на кнопку «вкл» компьютер не «реагирует» – не запускаются вентиляторы, отсутствует индикация (звуковая и световая).
- Нехарактерный нагрев корпуса ПК. Это легко определить, дотронувшись до него рукой. Если компьютер стационарный, то повышение температуры системного блока ощущается и на расстоянии.
- При нажатии на кнопку включение происходит хаотично – со второй, третьей попытки и так далее.
- ОС не «грузится». Бывает так, что когда ПК вроде бы и готов к работе, он неожиданно, самопроизвольно отключается.
- Эффект «синего» экрана.
- Характерный запах гари. Такое часто встречается у любителей одновременно работать на компьютере и пить кофе, не глядя ставя чашечку на системный блок.
Проверка блока питания
Подготовительные мероприятия
Все технологические операции довольно просты, и многие о них знают и без подсказок. Но напомнить стоит.
- Обесточить компьютер (клавиша выключателя находится на системном блоке, сзади, внизу).
- Снять с него крышку (боковую).
А вот дальше сразу ничего делать не стоит. Те, кто с компьютером на «Вы», часто не могут самостоятельно привести его в рабочее положение по той причине, что лишь приблизительно знают его устройство и не умеют читать схемы. Поэтому нужно все «зафиксировать» в исходном состоянии – сфотографировать на мобильник, зарисовать. Впоследствии это поможет правильно сделать все присоединения.
Провести осмотр «внутренностей» компьютера
Это касается не только определения видимых повреждений на платах (к примеру, потемнения на отдельных участках, оплавившиеся детали, «раздутые» электролитические конденсаторы), но и целостности проводов, их оплетки и всех присоединений. Бывает и так, что просто отскочил один из разъемов. Такое нередко случается в ПК любителей управлять системным блоком ногами. В этом случае ремонт заканчивается тем, что восстанавливается надежность контакта.
Отсоединить от блока питания все жгуты
Его проверка на исправность производится при отключенной нагрузке. То есть «отсекаются» все внешние электрические цепи, за исключением кулера. И если дальнейшая диагностика БП покажет отсутствие какого-либо напряжения, то причина именно в нем, и «грешить» больше не на что.
Так как вентилятор не отсоединяется от схемы (работа БП на «холостом ходу» нежелательна), нужно убедиться в его исправности. Проверить несложно – по вращению лопастей. Если нет никаких затруднений, перекосов, торможений, то кулер в норме.
Подготовить перемычку
Одну, больше и не понадобится. В домашних условиях ее подобие можно сделать из обычной канцелярской скрепки, придав ей форму литеры «U».
Порядок проверки
На «проводимость тока»
Самый большой жгут идет к материнской плате. Его разъем – на 24 «ножки». На нем нужно найти 16-й (припаян зеленый провод) и 17-й (черный). Для 20-ти контактного соответственно 14 – 15. Они шунтируются (перемыкаются) подготовленной скрепкой. Если при подаче напряжения (клавиша на задней стенке – в положение «вкл») кулер работает, то БП этот тест прошел. Следовательно, он исправен, но «чисто теоретически», так как пока лишь понятно, что напряжение на него поступает. Поэтому желательно блок питания проверить более углубленно.
На наличие вторичных напряжений
БП подает их на различные составные части компьютера, и при его выходе из строя может не быть только лишь одного. Но и этого достаточно, чтобы ПК не работал как нужно. Поэтому, производя замеры на соответствующих контактах разъема, следует убедиться, что все в норме. Но для этого понадобится принципиальная схема компьютера, на которой показаны электрические соединения.
Если пользователь с электротехникой на «Вы» или вообще все, чему учили в школе, забыл, дальше продолжать не стоит. Даже в своем окружении несложно найти более подготовленного товарища.
Проверку вторичных напряжений лучше производить . Пользование стрелочным аналогом требует соблюдения полярности подключения щупов, что для малоопытного человека создает дополнительные трудности.
При оценке результатов измерений необходимо учитывать погрешность прибора. Она указывается в его паспорте. Поэтому небольшие отклонения от номинала напряжения некритичны.