Компьютерра - Журнал "Компьютерра" №727

Как ни странно, еще несколько лет назад многие не уделяли должного внимания выбору блока питания, считая его чем-то вроде бесплатного приложения к корпусу. Этим с удовольствием пользовались многочисленные китайские фирмочки, не обремененные заботой о качестве своей продукции. Нередко красивый на вид и, судя по наклейкам, мощный блок питания переставал справляться с нагрузкой, стоило лишь добавить в систему чуть более производительную видеокарту или еще один жесткий диск.

К счастью, за последние годы ситуация в корне изменилось: сегодня напороться на заведомо низкопробный товар можно либо прельстившись дешевизной, либо просто в сомнительном месте. Тем не менее и до сих пор нередки случаи, когда написанное на этикетке, мягко говоря, не соответствует действительности. Встречаются модели, не обеспечивающие заявленной мощности или быстро выходящие из строя при максимальной нагрузке. Но особой популярностью у многих, даже вполне добросовестных производителей пользуются придуманные пиарщиками громкие названия зачастую несуществующих "технологий", якобы реализованных в их продукции. Чаще всего эти "технологии" представляют собой обязательный элемент схемы современного блока питания, без которого он попросту не будет соответствовать стандарту. Однако случается, что и отсутствие того или иного элемента маркетологи умудряются назвать новой технологией с каким-либо пафосным именем.

Чтобы разговор получился предметным, начнем с краткого изложения принципов работы блоков питания. Обсудив их важнейшие параметры, мы рассмотрим разновидности и правила выбора БП.

Коэффициент мощности (в англоязычной документации - power factor) отражает соотношение между максимумами тока и напряжения (то есть разность фаз между ними) в сети переменного тока. Мощность представляет собой произведение тока на напряжение. Если их фазы совпадают (как при работе на обычную активную нагрузку - например, лампочку накаливания), то коэффициент мощности равен 1. Если же нагрузка носит реактивный характер, то есть обладает собственной индуктивностью или емкостью (именно такую нагрузку для сети представляет импульсный блок питания), то фазы тока и напряжения начинают "разъезжаться" и коэффициент мощности становится меньше единицы. В этом случае полезная мощность в нагрузке (в ваттах, Вт) оказывается меньше, чем произведение тока на напряжение (в вольт-амперах, ВА). Отметим, что коэффициент мощности - это не мера эффективности работы, как КПД, - разница между вольт-амперами и ваттами никуда не девается в физическом смысле, она всего лишь приводит к таким неприятным последствиям, как увеличение потерь в проводах, и - при больших мощностях - к некоторым другим, связанным с разбалансировкой фаз в питающей сети.

Для борьбы с реактивной мощностью используют две разные схемы коррекции коэффициента мощности (PFC) - пассивную (P-PFC) и активную (A-PFC). В первом случае это просто включенная в схему катушка индуктивности или дроссель, сглаживающий импульсные колебания, а во втором - специальная линейная схема, согласующая индуктивные и резистивные нагрузки.

Эффективность пассивной схемы невелика: если без нее коэффициент мощности составляет 0,60-0,65 (то есть блок питания попусту "прогоняет" через себя больше трети полученной мощности и возвращает ее в сеть), то с нею вырастает всего лишь до 0,70-0,75. Активная схема гораздо эффективнее: с нею бесполезная нагрузка на сеть почти полностью отсутствует, а коэффициент мощности равен 0,95-0,99!

Несмотря на рекламные заявления, значение коэффициента мощности никак не сказывается на работе компьютера, и применение блоков питания без схем коррекции лишь создает дополнительную нагрузку на квартирную электропроводку. На самом же деле схемы коррекции коэффициента мощности имеет смысл использовать в дата-центрах или крупных офисах с большим количеством компьютеров и ИБП.

У некоторых схем активной коррекции предыдущего поколения был существенный недостаток, препятствующий их использованию с источниками бесперебойного питания (ИБП): в случае критического снижения напряжения и перехода ИБП на питание от батареи схема A-PFC резко повышала энергопотребление, в результате чего в ИБП срабатывала защита от перегрузки, и компьютер моментально выключался. Впрочем, у современных блоков питания такой проблемы, насколько мне известно, уже нет. (Увы, ее проявления еще встречаются. Например, в очень популярных блоках питания Delta и их аналогах, продаваемых под другими брэндами. Столкнувшись с этой напастью, я "вылечил" ее заменой ИБП на экземпляр мощностью 1400VA, при мощности самого БП 425W, хотя скорее всего хватило бы и "тысячника". Есть и другой способ: взять ИБП с честной синусоидой, а не с ее ступенчатой аппроксимацией - тогда мощность может быть еще ниже. Некоторые пользователи перепаивали схему A-PFC, но тут уж надо иметь опыт и решительность, как у Сергея Леонова. - С.В.)

Главная функция блока питания - обеспечить подачу к элементам электросхемы компьютера постоянного стабилизированного напряжения с заданными характеристиками. Поскольку "в розетке" ток переменный, да еще и с избыточным для низковольтных комплектующих напряжением, обязательным компонентом блока питания является понижающий трансформатор.

Напомним физические принципы работы трансформатора, основанные на явлении электромагнитной индукции. На замкнутый стальной сердечник надеты две (или более) индукционные катушки, одна из которых, первичная, подключается к источнику напряжения, а другая, вторичная, - к нагрузке. После подачи на первичную обмотку в сердечнике возникает переменное магнитное поле, за счет явления электромагнитной индукции возбуждающее электродвижущую силу (ЭДС) во вторичных обмотках. Полная ЭДС в каждой обмотке пропорциональна числу ее витков. На холостом ходу, то есть в отсутствие нагрузки, напряжение на концах вторичной обмотки равно индуцированной в ней ЭДС, а при подключении нагрузки в ней появляется ток, и напряжение на ее концах уже не равно полной ЭДС. Силы тока в первичной и вторичной обмотках обратно пропорциональны соответствующим напряжениям, то есть, понижая в несколько раз напряжение, мы во столько же раз увеличиваем силу тока. Соотношение токов в первичной и вторичной обмотках равно обратному отношению числа витков обмоток.

Компьютерные блоки питания - импульсные, с широтно-импульсной модуляцией, где понижающий трансформатор работает на существенно большей частоте, нежели частота переменного тока в электросети. В таких блоках ток проходит через выпрямитель, после чего постоянное напряжение питает импульсный генератор, в котором оно преобразуется в импульсы с частотой от 10 кГц до 1 МГц и затем подается на понижающий трансформатор. Эти блоки более компактны, они используются в различном оборудовании, где требуется высокий КПД и несколько выходных напряжений. Их главные недостатки - высокий уровень высокочастотных импульсных помех (снижаются специальными фильтрами и экранированием корпуса БП), а также низкое значение коэффициента мощности - подробнее об этом написано во врезке. (Кстати, компьютеры очень желательно включать через что-то типа "Пилота", обладающего встроенным фильтром высокочастотных помех - не для защиты компьютера от бросков напряжения в сети - БП их, как правило, отлично отрабатывает, - а для защиты сети от помех, создаваемых компьютером. - С.В.)

Современные блоки питания стандарта ATX выдают постоянные напряжения +12, +5, +3,3 и -12 В. Напряжение +12 В подается на центральный процессор, графический ускоритель, а также на дисковые накопители и другие устройства с электродвигателями (например, корпусные кулеры), напряжение +5 В - на чипсет, контроллеры накопителей, платы расширения и различные микросхемы на системной плате, напряжение +3,3 В - на некоторые другие микросхемы. Допустимое стандартом ATX отклонение от номинального напряжения - ±5%, и, как правило, все блоки питания укладываются в эти нормы.

Важная характеристика блока питания - его КПД, то есть процентное отношение отдаваемой мощности к мощности, получаемой из сети. Значение КПД при номинальной нагрузке для компьютерных блоков питания составляет обычно около 80% - можно считать, что остальные 20% идут на нагрев компонентов. Многие современные БП, соответствующие требованиям Energy Star 4.0, имеют КПД не ниже 80% при любой нагрузке выше 20%. При низкой нагрузке КПД падает примерно до 65% - это означает, что если вы используете в компьютере со скромной конфигурацией мощный блок питания "про запас", то вы не только зря потратили деньги при его покупке, но и постоянно приплачиваете лишнего за электричество.

Еще одна важная характеристика блока питания - сила тока на линиях с разным выходным напряжением. О ней частенько забывают, что иногда выходит боком при выборе БП простым сложением энергопотребления компонентов компьютера. Меж тем о силе тока забывать нельзя, что еще в конце XIX века продемонстрировал гениальный физик Никола Тесла, без последствий для здоровья подвергавший себя воздействию напряжения в 2 млн. вольт. Но с крохотным значением силы тока.