Идеальное питание для голодного компьютера

При выборе корпуса для компьютера обычно совершенно упускается из виду, что в корпусе находится блок питания, который может быть качественный и не очень. В корпусах дешевле 50 долларов в принципе не может быть качественного источника питания, поскольку таковые стоят в отдельности 40…45$.

Качество в первую очередь определяется используемой схемотехникой. В дешевых моделях, как правило, используется доработанная схема источника питания форм-фактора АТ (добавлен канал +5В STB), активные элементы (транзисторы и диоды) работают в предельных режимах (особенно по импульсным токам и напряжениям), отсутствуют предусмотренные дроссели (вместо них запаяны перемычки) и установлены оксидные конденсаторы со сниженными значениями емкости,  напряжения и температурной группы (должна быть 105°С). Это приводит к невозможности поддержания необходимого уровня нестабильности выходных напряжений (требуемая точность поддержания положительных выходных напряжений ±5%, отрицательных — ±10%). При кратковременном уменьшении первичного напряжения сети из-за недостаточного коэффициента стабилизации резко уменьшаются значения выходных напряжений, что воспринимается электроникой винчестера как отключение питания, и выдается команда на остановку двигателя шпинделя, а головки производят автоматическую парковку. Но через 10–20 мс входное напряжение приходит в норму, и шпиндель снова раскручивается. Описанные действия многократно повторяются в процессе работы, что ведет к быстрому отказу накопителя. Особенно остро использование дешевых источников питания сказывалось на работе винчестеров IBM серии Deskstar 75GXP (серия DTLA30xxxx).

Кроме того, в этих источниках питания токовая нагрузка канала +5B STB не соответствует требованиям стандарта (0,5А вместо минимального значения 1А или рекомендованного 2А), что приводит к невозможности включения от нажатия на клавиши клавиатуры или мыши. В noname-источниках защита от значительного превышения выходных напряжений работает неэффективно, что приводит при отказе ИП к выходу из строя материнской платы, процессора, видеокарты. Особенно этим славятся блоки питания GreenWood. Для справки качественные адаптивные источники стандарта АТХ 2.03 с бесшумным вентилятором производят компании High Power (OEM Chieftec/Supermicro, Enlight), 3Y Power Technology, Sparkle Power Inc. (SPI), Min Maw International (MMI), Fong Kai Industrial (FKI), Sea Sonic Electronic Co Ltd, FSP Group Inc. (марки Fortron, PowerMan).

На многих качественных блоках помечено, что в них используется так называемая технология noise killer (w/noise killer). Что это такое? Понижение шума достигается работой вентилятора с минимальной скоростью вращения при температуре до 35°С, в случае ее повышения до 50°С обороты вентилятора постепенно возрастают до максимальных и не снижаются до уменьшения температуры.

В качественных источниках для уменьшения потерь используются MOSFET транзисторы в качестве ключевых, применяются диоды Шоттки во вторичных выпрямителях, оптроны в схемах обратной связи. В первичных цепях ИП для Р4 установлены дроссели с большим значением индуктивности для подавления импульсных помех в моменты переключения силовых ключей (это обстоятельство вызывает значительную разницу в весе по сравнению с дешевыми моделями). Кроме того, ИП для Р4 должны иметь дополнительный 4-контактный разъем для подачи на материнскую плату сильноточного канала +12В (не менее 8А). Несомненно, что все эти улучшения сказываются на увеличении конечной цены ИП (до двух раз по сравнению с noname), однако надежность и стабильность работы все же выше и поэтому есть смысл приобрести если не дорогой корпус, то хотя бы качественный ИП. Значение MTBF у сертифицированных ИП cоставляет 30000 часов (!) при температуре 50°С и полной нагрузке. У АТХ-источников желательно иметь выключатель на блоке питания для полного отключения от сети. К сожалению таким выключателем оснащаются далеко не все модели АТХ ИП. Вопреки распространенному мнению от ИП нельзя отобрать мощность, указанную на его крышке, по одному-двум каналам, даже если не нагружать остальные. На самые мощные каналы +5В, +12В, +3,3В приходится около 60% общей мощности. Ниже приводится график нагрузки для 300Вт ИП по этим каналам.

Таким образом, максимальная мощность по каналам +5В/3,3В и +12В не может превышать 180Вт. Вообще максимальный ток для канала +5В составляет 30А, +12В — 15А, +3,3В — 28А. Естественно эти значения не могут быть достигнуты одновременно.

Рекомендация иметь ИП мощностью 300Вт обусловлена следующим примерным расчетом потребления мощности различными компонентами РС:

  1. процессор — 75Вт
  2. VRM MB — 10Вт
  3. сhipset MB — 10Вт
  4. остальные компоненты MB — 5Вт
  5. AGP карта — 20Вт
  6. PCI SB — 5Вт
  7. CD-ROM — 5Вт
  8. HDD IDE 7200 rpm — 10Вт
  9. PSU — 60Вт
10. SDRAM — 5Вт 
                                             Итого :  205Вт

Дополнительно могут быть следующие устройства:

11. RIMM 2 модуля — 10Вт
12. PCI карта — 5Вт
13. CD-RW — 10Вт
14. DVD-ROM — 7Вт
15. SCSI HDD 15000 rpm — 25Вт

В этом случае мощность увеличится на 57Вт и достигнет 252Вт (с учетом вычета IDE HDD). Т.о. ИП 250Вт будет работать на пределе. Следует учесть, что на ИП указана пиковая мощность, т.е. реальная в 1,4 раза ниже.

Для практического подтверждения указанных положений были вскрыты шесть ИП АТХ12В для определения установленных компонентов. Результаты приведены в таблице.

Производитель последней модели проявил чудеса экономии веса. Все дешевые модели ИП примерно похожи на этот. Видимо не зря Denso вместо Octek стал использовать ИП Seasonic. Но у них тоже есть схемная недоработка — низкая надежность работы цепи STB в ИП Seasonic. Это связано с большой тепловой нагруженностью MOSFET транзистора 2SK3067, а т.к. он не установлен на радиатор, то наблюдаются частые отказы, связанные с выходом из строя этого транзистора. В ИП FSP используется новая ИС ШИМ генератора KA3511 c частотой генерации до 200 кГц вместо классической 494 (100 кГц).

Премущества ее использования: надежная защита всех цепей от понижения и повышения напряжений, минимальное количество внешних элементов, точность установки опорного напряжения 2%. ИС 594 имеет еще большую точность опорного напряжения-1,5% и больших ток выходного каскада (0,5А вместо 0,2А). ИС UC3843 специально разработана для управления мощными MOSFET транзисторами с частотой до 500 кГц. Точность поддержания опорного напряжения — 1%, максимальный выходной ток 1А. Для понимания серьезности схемотехники приводим характеристики ключевых биполярных транзисторов: 2SC4109 — 400В, 16А (32А имп.), 140Вт, 0.5 мкс, MJE13009 — максимальное постоянное напряжение коллектор-эмиттер — 400В (700В имп.), масимальный постоянный ток коллектора —12A (24A имп), максимальная рассеиваемая мощность 100Вт, время включения 0,5 мкс; 2SC2625 — 400В, 10А (20А имп.), 80Вт, время включения 1 мкс. Последний транзистор выпускается в пластмассовом корпусе ТО-247, вместо обычно применяемого ТО-220АВ и поэтому не нуждается в изолирующей прокладке, увеличивающей тепловое сопротивление корпус транзистора- радиатор и уменьшающую надежность работы. Характеристики полевого тразистора 10N90 — максимальное напряжение сток-исток — 900В, максимальный ток стока —10А (40А имп.), максимальное сопротивление в открытом состоянии — 1,1 Ом, максимальная рассеиваемая мощность 300Вт, время включения — 50 нс. На основании этих данных видно, что применение полевых транзисторов в ИП из-за их высоких параметров более предпочтительно, чем биполярных, несмотря на большую стоимость.

Подводя итог можно сформулировать критерии выбора качественного ИП:

1.  вес не менее 2 кг, мощность 300Вт, произведен известной фирмой;
2.  шлейф проводов должен иметь достаточную длину и количество разъемов. В настоящее время поставляются корпуса InWin c 250Вт ИП для Р4 с укороченным шлейфом и уменьшенным числом разъемов. Для сравнения длина шлейфов питания у ИП HPC 20+8“;
3.  наличие дросселя. Определяется по дополнительным 2-3 винтам на крышке.

Линки по теме:  ATX / ATX12V Power Supply Design Guide v1.1

Рустам Гайнуллин salangnew@mtu-net.ru