Как работают блоки питания персональных компьютеров?

Какие блоки питания бывают?

http://pc-doc.spb.ru/atx.html

Блок питания — жизненно важная часть компьютера, без которой его функционирование невозможно. Лишенный блока питания компьютер — всего лишь мертвая коробка, наполненная пластиком и металлом.

Блок питания преобразует напряжение сети переменного тока в различные напряжения постоянного тока, необходимые для электропитания компонентов персонального компьютера.

В этой статье рассматривается принцип работы блоков питания ПК и разъясняется, что такое максимально допустимая мощность.

Блоки питания ATX

Блок питания персонального компьютера (ПК) представляет собой металлическую коробку, которую обычно располагают в углу корпуса. Часто он виден с тыльной стороны корпуса, так как содержит гнездо для подключения сетевого шнура и вентилятор охлаждения.

Такие блоки питания часто называют импульсными источниками питания, поскольку для преобразования напряжения сети переменного тока в меньшие напряжения питания постоянного тока в них используются ключевые преобразователи. Как правило, на выходе блока питания ПК имеются следующие напряжения: 3,3 вольта; 5 вольт; 12 вольт.

Напряжения 3,3 и 5 вольт обычно используются для питания цифровых схем, а 12 вольт — для обеспечения работы вентиляторов и электродвигателей дисководов. Основным параметром блока питания является его мощность в ваттах. Мощность в ваттах равна произведению значения напряжения, измеряемого в вольтах, и значения тока, измеряемого в амперах. Пользователи со стажем, наверное, помнят, что в первых компьютерах были большие красные переключатели, от положения которых зависело состояние компьютера. Этими переключателями питание компьютера отключалось вручную. Фактически с их помощью включалась или отключалась подача на блок питания сетевого напряжения 220 вольт.

В современных компьютерах подача питания включается с помощью маленькой кнопки, а отключение машины производится путем выбора соответствующего пункта меню. Такие возможности управления блоками питания появились несколько лет тому назад. Операционная система имеет возможность отправлять на блок питания управляющий сигнал выключения. Нажимная кнопка подает на блок питания команду включения в форме сигнала напряжением 5 вольт. В блоке питания имеется схема, вырабатывающая напряжение питания 5 вольт, которое именуется VSB, для обеспечения наличия «дежурного напряжения» даже в условиях, когда блок питания считается выключенным, благодаря чему может функционировать кнопка включения.

Импульсные преобразователи напряжения

Приблизительно до 1980-х годов источники питания были тяжелые и большие. В них для преобразования напряжения электрической сети 220 вольт частотой 50 герц в напряжения 5 вольт и 12 вольт постоянного тока использовались большие тяжелые трансформаторы и большие конденсаторы (по размеру такие же, как металлические банки для газированной воды).

Использующиеся для этих целей в настоящее время импульсные источники питания значительно меньше и легче. Они преобразуют электрический ток частотой 50 герц (Гц, или колебаний в секунду) в ток более высокой частоты. Благодаря такому преобразованию для понижения напряжения с 220 вольт до напряжений, требующихся для отдельных компонентов компьютера, можно использовать маленький легкий трансформатор. Переменный ток более высокой частоты, поступающий из блока питания, легче выпрямлять и фильтровать, по сравнению с исходным напряжением сети переменного тока 50 Гц, что позволяет уменьшить пульсации питающего напряжения для чувствительных электронных компонентов компьютера.

Импульсный блок питания потребляет от электрической сети лишь столько электричества, сколько необходимо. Выходные напряжения и токи блока питания указываются на прикрепляемой к этому блоку наклейке.

Импульсные преобразователи используются также для получения переменного тока из постоянного, например, в источниках бесперебойного питания и автомобильных инверторах, которые служат для питания от автомобильного аккумулятора устройств, рассчитанных на питание от переменного тока. Импульсный преобразователь автомобильного инвертора преобразует постоянный ток, потребляемый от автомобильного аккумулятора, в переменный ток. Переменный ток используется в трансформаторе инвертора для повышения напряжения до величины, необходимой для питания бытовых приборов (220 вольт переменного тока).

Стандартизация блоков питания

Для персональных компьютеров за всю их историю было разработано по крайней мере шесть различных стандартных блоков питания. В последнее время промышленность по установившейся практике выпускает блоки питания на базе ATX. ATX — промышленная спецификация, устанавливающая такие требования к блокам питания, чтобы они подходили к стандартному корпусу ATX, а их электрические характеристики обеспечивали бы функционирование материнской платы ATX.

В кабелях питания персонального компьютера используются стандартизированные разъемы с ключами, предотвращающими неправильное включение. К тому же производители вентиляторов охлаждения часто снабжают свои изделия такими же разъемами, как у кабелей питания дисководов, чтобы при необходимости их можно было легко подключить к питанию 12 вольт. Благодаря проводке с цветовым кодированием и разъемам, соответствующим промышленным стандартам, пользователю предоставляется широкий выбор при замене блока питания.

Управление энергопотреблением с расширенным набором опций

Управление энергопотреблением с расширенным набором опций (advanced Power Management, APM) предусматривает пять различных состояний, в которых может находиться система. Корпорации Microsoft и Intel разработали APM для пользователей персональных компьютеров, желающих экономить электроэнергию. Чтобы использовать эту возможность, каждый из компонентов системы, включая операционную систему, базовую систему ввода-вывода (BIOS), материнскую плату и присоединенные устройства, должен быть APM-совместимым. Если требуется отключить APM в связи с подозрением в чрезмерном расходовании системных ресурсов или в создании конфликтных ситуаций, лучше всего это сделать в BIOS. В таком случае операционная система не будет пытаться повторно установить этот режим, как это иногда происходит в случае его отключения только в программном обеспечении.

Мощность блока питания

400-ваттный импульсный блок питания не обязательно будет потреблять большую мощность, чем 250-ваттный. Более мощный блок питания может потребоваться в случае, если все имеющиеся слоты материнской платы заполнены платами или все отсеки для накопителей в корпусе компьютера заняты дисковыми накопителями. Не следует использовать 250-ваттный блок питания, если суммарная мощность потребления всех устройств компьютера равна 250 ватт, поскольку блок питания нельзя загружать на 100 процентов его номинальной мощности.

Блоки питания одинакового форм-фактора («форм-фактор» относится к фактической конфигурации материнской платы) как правило, отличаются номинальной мощностью и сроком гарантии.

Проблемы, связанные с блоками питания

Блок питания — самый потенциально ненадежный компонент персонального компьютера. Каждый раз во время работы он разогревается и охлаждается, а при каждом включении компьютера испытывает на себе бросок переменного тока. Часто он выходит из строя из-за остановки вентилятора охлаждения и возникшего вследствие этого перегрева компонентов. Все компоненты персонального компьютера питаются постоянным током, поступающим с блока питания.

Обычно при выходе из строя блока питания ощущается запах гари, после чего компьютер выключается. При выходе из строя такого жизненно важного компонента, как охлаждающий вентилятор, и наступившем вследствие этого перегреве компонентов блока питания может возникнуть и другая проблема. Неисправность проявляется в том, что без определенной закономерности происходит перезагрузка системы или без видимой причины происходит сбой ОС Windows.

При решении проблем, причиной которых мог бы быть неисправный блок питания, следует руководствоваться сопроводительной документацией компьютера. Если вы уже снимали кожух своего персонального компьютера, чтобы установить сетевой адаптер или плату оперативной памяти, вам будет нетрудно заменить и блок питания. Сначала нужно в обязательном порядке отсоединить сетевой шнур, поскольку в блоке питания имеется опасное для жизни напряжение даже тогда, когда компьютер выключен.

Модернизация блоков питания

В современных материнских платах и чипсете предусмотрена функция наблюдения за скоростью вращения вентилятора охлаждения блока питания в БИОС и в приложении, работающем под Windows, которое поставляется производителем материнской платы. Многие конструкторы компьютеров предусматривают такое управление вентилятором, что его скорость вращения регулируется в зависимости от потребностей в охлаждении.

Современные веб-серверы комплектуются запасными блоками питания, которые можно заменять в то время, когда вместо них питающее напряжение на аппаратуру поступает от другого блока питания. В некоторых современных компьютерах, в частности в таких, которые предназначены для использования в качестве серверов, имеются резервируемые блоки питания. Это значит, что в системе имеется два или больше блоков питания, один из которых обеспечивает эту систему электропитанием, а другой (другие) находится в резерве. При отказе основного блока питания резервный блок немедленно берет на себя всю нагрузку Затем, пока аппаратура питается от резервного блока питания, можно произвести замену основного блока питания.