Компьютерный блок питания

Компьютерный блок питания — блок питания, предназначенный для питания узлов компьютера.

Компьютерный блок питания для сегодняшней платформы PC обеспечивает выходные напряжения +5В +12В −12В +3,3В −5В. В большинстве случаев используется импульсный блок питания. Хотя абсолютное большинство чипов использует не более +5В, введение +12В дает использовать большую мощность (импульсный блок питания без 12В не может выдавать более 210 Вт), которая нужна для питания жёстких дисков, оптических приводов, вентиляторов, а в последнее время и материнских плат, процессоров, видеоадаптеров, звуковых карт.

Всё вышесказанное относится к наиболее распространённым ныне блокам питания стандарта ATX, который начал использоваться во времена процессоров Intel Pentium. Ранее (начиная с компьютеров IBM PC/AT до платформ на базе процессоров до Socket 370 включительно) на PC-платформе использовались блоки питания стандарта AT. Существовали материнские платы с процессорными разъёмами Socket 7 и Socket 370, которые поддерживали блоки питания и AT, и ATX (так называемые двухстандартные платы).

В блоках питания стандарта AT выключатель питания находится в силовой цепи и обычно выводится на переднюю панель корпуса отдельным проводом, питание дежурного режима (как, впрочем, и напряжение +3,3 V) отсутствует. Как следствие, автоматическое включение и выключение компьютера невозможно.

Блок питания стандарта AT подключается к материнской плате двумя одинаковыми шестиконтактными разъёмами, включающимися в один 12-контактный разъём на материнской плате. К разъёмам от блока питания идут разноцветные провода, и правильным считается подключение, когда контакты разъёмов с чёрными проводами сходятся в центре разъёма материнской платы. Цоколёвка AT-разъёма на материнской плате следующая: Компьютерный блок питания:

Как правильно подключить кабель питания к кнопке в корпусе AT? Следует подключить кабели так, чтобы при замыкании контактов соединялись:

Белый с коричневым, Чёрный с синим

ИЛИ

Чёрный с коричневым, Белый с синим

НО НЕ!

Чёрный с белым, Синий с коричневым

Блок питания стандарта ATX в настоящее время имеет несколько разъёмов, подключаемых к материнской плате. Основной разъём содержит 20 контактов, расположенных в 2 ряда. Цоколёвка приведена ниже.

1 — +3.3V (оранжевый провод)

2 — +3.3V (оранжевый провод)

3 — GND (чёрный провод)

4 — +5V (красный провод)

5 — GND (чёрный провод)

6 — +5V (красный провод)

7 — GND (чёрный провод)

8 — Power good (то же, что и в AT; цвет провода — серый)

9 — +5V дежурного режима (фиолетовый провод)

10 — +12V (жёлтый провод)

11 — 3.3V (оранжевый провод)

12 — −12V (синий провод)

13 — GND (чёрный провод)

14 — Power Switch On (вход управления — при соединении с GND БП включается; цвет провода — зелёный)

15 — GND (чёрный провод)

16 — GND (чёрный провод)

17 — GND (чёрный провод)

18 — −5V (белый провод)

19 — +5V (красный провод)

20 — +5V (красный провод)

В более поздних версиях стандарта ATX появились четырёхконтактный разъём с питанием +12V (используется в материнских платах на базе процессоров Pentium IV) и специальный дополнительный шестиконтактный разъём (используется для подключения современных видеокарт).

                      =====Системы охлаждения=====

В своей основе имеют радиатор, на котором может крепиться вентилятор (кулер). Наиболее часто встречаемая в компьютерах связка — радиатор+вентилятор. В настоящее время бывают либо алюминиевые, либо медные; также встречаются радиаторы с тепловыми трубками, а также радиаторы, созданные из композитных материалов. Отдельно установленные радиаторы (без тепловых трубок и кулеров) в нынешнее время практически не встречаются из-за их малой эффективности (могут отводить тепло с элементов, тепловыделение которых не более 10-15 ватт).

(жаргон. водянка)

Установка, в которой в качестве рабочего тела используется жидкость (чаще всего - дистиллированная вода, иногда - масло, другие специальные жидкости). Состоит из:

* Помпы — насоса для циркуляции воды * Теплообменника (ватерблока, водоблока, головки охлаждения) — устройства, отбирающего тепло у охлаждаемого элемента * Специального радиатора для рассеивания тепла охлаждающей жидкости

Установка, в которой в качестве хладагента используется фреон. Принцип работы аналогичен с холодильником.

Установки, в которых в качестве хладагента используется гелий или азот. Используются в основном компьютерными энтузиастами для экстремального разгона аппаратуры («оверклокинга»).

Установки, в которых совмещаются различные виды вышеперечисленных установок. Считаются наиболее мощными охлаждающими агрегатами.

Исто́чник бесперебо́йного пита́ния, (ИБП) (англ. UPS-Uninterruptible Power Supply) — автоматическое устройство, позволяющее подключенному оборудованию некоторое (как правило — непродолжительное) время работать от аккумуляторов ИБП, при пропадании электрического тока или при выходе его параметров за допустимые нормы. Кроме того, оно способно корректировать параметры (напряжение, частоту) электропитания. Часто применяется для обеспечения бесперебойной работы компьютеров. Может совмещаться с различными видами генераторов электроэнергии. Источник бесперебойного питания (UPS):

Существует три схемы построения ИБП:

резервный— используется для питания персональных компьютеров или рабочих станций локальных вычислительных сетей. Практически все недорогие маломощные ИБП, предлагаемые на отечественном рынке, построены по резервной схеме. При выходе электропитания за нормированные значения или его отсутствии, автоматически переключает подключённую нагрузку к питанию от аккумуляторов (с помощью простого инвертора). При появлении нормального напряжения снова переключает нагрузку на питание от сети. Недостатком данного вида ИБП является несинусоидальный выход и относительно долгое время переключения на питание от батарей.

интерактивный — то же самое, но кроме того на входе присутствует ступенчатый стабилизатор напряжения, позволяя получить выходное напряжение синусоидальной формы, вместо прямоугольной, как у предыдущего варианта.

он-лайн — используется для питания файловых серверов и рабочих станций локальных вычислительных сетей, а также любого другого оборудования, предъявляющего повышенные требования к качеству сетевого электропитания. Принцип работы состоит в двойном преобразовании напряжения. Сначала входное переменное напряжение преобразуется в постоянное, затем обратно в переменное напряжение с помощью обратного преобразователя (инвертора).

Многие ИБП оснащаются модулем, который способен передать компьютеру информацию о своём состоянии (например, уровень заряда батарей, параметры электрического тока на выходе) и о состоянии питания на входе (напряжение, частоту), при этом поставляющееся программное обеспечение, проанализировав ситуацию, позволяет безопасно выключить компьютер, завершив работу всех программ.

Международная классификация ИБП по стандарту IEC 62040-3 Промышленный ИБП для монтажа в 19 дюймовую стойку (изображение сверху — вид спереди, изображение снизу — вид сбоку) Промышленный ИБП для монтажа в 19 дюймовую стойку (изображение сверху — вид спереди, изображение снизу — вид сбоку)

Стандартом IEC 62040-3 введена следующая классификация ИБП, согласно уровню защиты от 10 основных проблем в сетях.

1-я группа символов — зависимость выходного сигнала ИБП от входного (сети).

* Класс VFI (Voltage and Frequency Independent) — напряжение и частота на выходе ИБП не зависят от входной сети. * Класс VI (Voltage Independent) — выход ИБП зависит от частоты входа, но напряжение поддерживается в заданных пределах пассивным или активным регулированием. * Класс VFD (Voltage and Frequency Dependent) — напряжение и частота на выходе ИБП зависят от входной сети.

2-я группа символов — форма выходного сигнала ИБП. * SS — синусоидальная форма выходного сигнала (коэффициент гармонических скажений Kги<8%) при линейной и нелинейной нагрузке. * XX - несинусоидальная форма выходного сигнала при нелинейной нагрузке (синусоидальная при линейной). * YY - несинусоидальная форма сигнала при любой нагрузке.

3-я группа символов - динамические характеристики ИБП. Обеспечение стабильности выходного напряжения ИБП при трёх типах переходных процессов (1 - класс 1, отлично; 2 - класс 2, хорошо; и т. д.):

* 1-я цифра: нормальный режим → автономный режим → режим bypass, * 2-я цифра: 100 % изменение линейной нагрузки в нормальном или автономном режиме (худший параметр), * 3-я цифра: 100 % изменение нелинейной нагрузки в нормальном или автономном режиме (худший параметр).

* выходная мощность, измеряемая в вольт-амперах (VA) или ваттах (W); * время переключения, то есть время перехода ИБП на питание от аккумуляторов (измеряется в миллисекундах, ms); * время автономной работы, определяется ёмкостью батарей и мощностью подключённого к ИБП оборудования (измеряется в минутах, мин.), у большинства офисных ИБП оно равняется 4-15 минутам; * ширина диапазона входного (сетевого) напряжения, при котором ИБП в состоянии стабилизировать питание без перехода на аккумуляторные батареи (измеряется в вольтах, V); * срок службы аккумуляторных батарей (измеряется годами, обычно свинцовые аккумуляторные батареи катастрофически теряют свою ёмкость уже через 3 года).

Меры по снижению шума

Для уменьшения шума могут быть приняты следующие меры:

• замена вентиляторов на менее скоростные с большими лопастями — в этом случае не только лопасти, но и электродвигатель становится менее шумным.

• Замена блока питания на более тихий. Имеет смысл выбирать блоки питания с эффективными вентиляторами и высоким КПД.

• Замена охлаждающих модулей на процессоре на более тихие.

Алюминиевые и особенно медные лучше справляются с рассеивание тепла, а кроме того, могут содержать специальные теплопроводящие туннели.

• Замена жестких дисков на более тихие.

• Замена вентиляторов на пассивное охлаждение там, где это возможно: например, на материнской плате или графической карте.

• Шумоизоляция на корпусе, например, с помощью пенопласта или волокнистых материалов. Такая прослойка может уменьшать дрожание корпуса и поглощать верхние звуковые частоты. В то же время, она может затруднять циркуляцию воздуха, а значит, требовать более интенсивного потока воздуха и поэтому увеличивать шум.

• Крепление вентиляторов на вибропоглощающих шайбах.

• Мощные компьютеры могут выиграть от жидкостного охлаждения. Ранние жидкостные системы производили больше шума, чем воздушные, но успехи в развитии 12-вольтовых помп сделали их практически бесшумными (напр. Laing Thermotech DDC, D5).

В современных системах с жидкостным охлаждением, оптимизированных для тихой работы (а не максимальной мощности), самой шумной частью являются жесткие диски и приводы CD/DVD, особенно в момент чтения/записи.

Вот несколько методов снижения шума, не требующие дополнительных затрат:

• снижение напряжения питания на процессоре. Многие современные ЦПУ способны стабильно работать в таких условиях на своей обычной и даже на повышенной частоте, при этом выделяя меньше тепла.

• Снижение тактовой частоты процессора. Этого метод не столь эффективен и снижает быстродействие. Потребление энергии зависит от напряжения и частоты в соответствие с формулой f*v², то есть снижение частоты сказывается в линейной пропорции, а снижение напряжения — в квадрате. Варьирование частоты и напряжения питания также может быть использовано и для графических карт и чипсетов.

• Уменьшение напряжения на вентиляторах. На разъёмах определенных конструкций это делается простой установкой в свободные контакты резисторов или диодов. Современные материнские платы также допускают регулирование скорости вращения через bios или программную утилиту.

• Снижение шума жестких дисков, путем закрепления их на резиновых или силиконовых шайбах или даже полная замена крепления на гибкую подвеску (напр., 3-дюйм. HDD в 5-дюйм. отсек).

• Замена вентилятора внутри блока питания на менее шумный или снижение напряжения на нем (при условии достаточного воздушного потока для охлаждения).

• Удаление решеток вблизи вентиляторов, что снижает завихрения воздуха и производимый шум.

• Включение специальной функции Cool’n’Quiet на процессорах AMD K8 или EIST на некоторых новых процессоров Intel.

• Использование программ, подобных Nero Drivespeed для замедления скорости вращения шпинделя CD/DVD-привода.

• Настройка жестких дисков на снижение скорости вращения в случае бездействия. Хотя это может уменьшить их срок действия и мешать работе операционной системы, все же такой прием может быть полезным для дисков, содержащих данные.

• Дефрагментация жестких дисков, чтобы уменьшить их скачки по поверхности. Кроме экономии электричества это может улучшить общую производительность.

• Закрепление и упорядочение проводов внутри корпуса, если они блокируют поток воздуха, например, можно убрать их из центра к стенкам.

• Удаление пыли с компонентов компьютера — пыль эффективно термоизолирует их и не дает охлаждаться. Вентиляторы засасывают пыль снаружи и не могут выводить ее обратно, поэтому она быстро накапливается. Очистку можно провести пылесосом или резиновой грушей, однако следует удалить электростатический заряд. Стоит проводить эту операцию приблизительно пару раз в год.

Следующие технологические решения могут быть использованы в персональном компьютере для уменьшения шума:

Силиконовые шайбы для крепления жестких дисков. Уменьшают вибрацию и шум Силиконовые шайбы для крепления жестких дисков. Уменьшают вибрацию и шум

В прошлом жесткие диски использовали подшипники, и при скоростях в 5400 и 7200 об./мин. издавали довольно сильный гул. Современные конструкции электродвигателей лишены этого недостатка.

Диски размером 2,5 дюйм. создают меньше вибрации и шума, но имеют меньшую емкость и скорость, и большую удельную стоимость данных. Для максимального снижения шума жесткий диск может быть подвешен на гибком крепеже или на подложке из мягкого материала.

У многих жестких дисков возможна тонкая подстройка режима работы с помощью специальных утилит (MHDD, Hitachi Fitness Tools, SeaTools). В том числе возможна настройка и параметра AAM отвечающего за акустический шум при работе жесткого диска. Переключение жесткого диска в малошумный режим приводит к снижению производительности в среднем на 5-25%, но делает шум при работе практически неслышным.

Такие накопители обладают большей скоростью доступа, меньшим энергопотреблением, не содержат движущихся частей и теоретически обладают большей надежностью. При этом они совершенно бесшумны.

Все же пока они достаточно дороги и не всегда доступны. Samsung выпустила первые ноутбуки с подобными накопителями, но их стоимость высока, а емкость меньше, чем у традиционных.

Некоторые пользователи используют карты Compact Flash для загрузки. С помощью адаптера такая карта подключается к стандартным разъёмам IDE и распознается как обычный накопитель. При их бесшумности и малой потребляемой энергии они очень удобны, но обладают небольшой емкостью, и довольно дороги.

К тому же, они обладают определенным ограничением на количество обращений к каждому сектору данных, после чего данные перестают читаться и записываться. Тем не менее, существуют карты с повышенным числом обращений к данным, и отказы легко заметить на ранних стадиях (в отличие от жесткого диска, который нередко отказывает целиком). Карты небольшой емкости достаточно дешевы, и некоторые операционные системы вполне могут умещаться на них целиком (различные варианты GNU/Linux и не поддерживаемые более Microsoft Windows).

Скорость чтения с карты ниже, чем с жесткого диска, но скорость доступа выше и также быстрее происходит их совершенствование.

Могут использоваться так же как и CF-карты, и обладают теми же достоинствами и недостатками. Поскольку многие bios сейчас поддерживают загрузку с USB-накопителей, использование их для хранения операционной системы вполне оправданно.

Для замены жестких дисков было найдено решение, состоящее из адаптера под названием i-RAM. С одной стороны он подключается к стандартному проводу SATA, а с другой содержит 4 слота для обыкновенных модулей памяти DDR или DDR2. Такой блок распознается компьютером как обычный диск и может быть загрузочным. Его скорость сдерживается возможностями SATA-интерфейса, но, тем не менее, значительно опережает параметры любого жесткого диска и не зависит от фрагментации (скорость передачи до 3 ГБ/с, в 25 раз больше; время доступа почти нулевое). Чтобы не потерять записанные данные, такой диск нуждается в постоянном питании, для этого он подключается к шине PCI и получает питание даже во время режима сна, а для периодов отключения питания содержит аккумулятор емкостью на 16 часов. Стоимость гигабайта данных довольно высока, но время загрузки и выполнения типичных операции резко сокращается, а кроме того, диск совершенно бесшумен.

Все варианты твердотельных накопителей предлагают небольшой объем, но чрезвычайно хорошую скорость. Могут быть использованы для хранения небольших, но часто используемых данных: операционной системы, браузера, текстового редактора. Другие данные и программы могут содержаться на жестких дисках, и они могут быть выключены большую часть времени. Еще один вариант — использование удаленных сетевых дисков. При этом небольшие CF-карты или USB-накопители помогут сделать процесс загрузки быстрее.

Корпус Antec P180, поделенный на отсеки для лучшего охлаждения компонентов Корпус Antec P180, поделенный на отсеки для лучшего охлаждения компонентов

Другая модель Р180, с безвентиляторным охлаждением процессора (Scythe Ninja)

Корпуса с пониженным шумом, такие как Antec Р180 и Antec 150 содержат воздушные каналы и внутренние переборки для улучшения воздушного потока и термоизоляции компонентов. Например, в Р180 блок питания собран в нижнем отдельном отсеке, что позволяет ему охлаждаться не нагретым воздухом, и обходиться меньшей мощностью вентилятора. Точно такой же прием использовала Apple в своих станциях G5.

Корпус Antec Sonata считается одним из самых тихих, но новая модель Р180 обладает еще лучшими характеристиками.

Внутренняя часть корпуса может быть выстлана звукопоглощающим материалом, что дает следующие преимущества:

• смягчение вибрации;
• уменьшение амплитуды вибрации за счет увеличения массы корпуса;
• поглощения шума, создаваемого воздушными потоками.

Определенное значение имеют также решетки, через которые воздух попадает внутрь корпуса. Они не должны препятствовать потоку воздуха или создавать завихрения. В «тихих» корпусах применяют ячеистые решетки или еще более эффективные «проволочные», которые гораздо лучше устаревших штампованных. Такие корпуса, к тому же, поставляются с уже тихими вентиляторами и источниками питания.

Большой медный радиатор и высокоскоростной вентилятор образуют мощную охлаждающую систему для Pentium 4 Northwood Большой медный радиатор и высокоскоростной вентилятор образуют мощную охлаждающую систему для Pentium 4 Northwood

Тепловыделение процессора зависит от его марки, модели и производственного процесса. Например, Intel Pentium 4E (Prescott) считается одним из самых горячих ЦПУ. Напротив, AMD Athlon никогда сильно не нагревается.

Количество тепла может быть снижено за счет уменьшения напряжения питания, но такая мера может потребовать и уменьшения тактовой частоты. Более низкая тактовая частота сама по себе немного снижает нагрев и потребление энергии.

В современные процессоры как правило, встраиваются механизмы замедления и снижения напряжения питания при отсутствии нагрузки: Cool’n’Quiet и EIST.

• AMD K8. Чем новее модификация, тем лучше экономия. Процесс 65 нм.
• Intel Core и Core 2
• Intel Pentium M и Celeron M (без технологии SpeedStep)
• все процессоры VIA и Transmeta

Вентилятор диаметром 120 мм и переменной частотой вращения Вентилятор диаметром 120 мм и переменной частотой вращения

Интенсивность шума меняется не только от марки к марке и от модели к модели, но и между разными экземплярами. Как правило, для уменьшения шума стараются применять 120-мм вентиляторы. Выпускаются даже 140-мм вентиляторы, но они редко умещаются на стандартных радиаторах.

Регулировать скорость вращения можно с помощью специального контроллера. Кроме того, можно запитывать вентилятор не от 12 В, а от 5 В (или даже подключить его между цепью в 12 и цепью в 5 В, что даст приблизительно 7 В). Это сильно снижает его скорость, но не все модели запускаются — большинство нормально работает при 5 В в раскрученном состоянии, но не может стартовать при таком напряжении питания. Некоторые контроллеры поэтому изначально подают 8-12 В, а затем снижают напряжение до 5 В.

Самыми тихими моделями считаются (2006 г.) Nexus, Yate Loon и (не все) Scythe. В условиях незатрудненного доступа воздуха также подходят вентиляторы Noctua. Нужно заметить, что иногда фирмы-изготовители неправильно замеряют шум своих моделей, располагая датчики на слишком большом расстоянии.

Сравнительно недавняя разработка — пьезоэлектрический вентилятор Intel, который работает тише, чем модели с электромотором, и потребляет значительно меньше энергии.

Четыре фактора влияют на шум, производимый блоком питания: вентилятор внутри и его контроллер, управляющий скоростью, КПД всего устройства, площадь теплообменников и сопротивление проходящему потоку воздуха. В последнее время производителям удается улучшать все эти параметры.

Если весь компьютер достаточно тих, гудение трансформатора в блоке питания может стать заметным шумом.

Итак, пользователь может предпринять следующие меры:

• самостоятельно заменить вентилятор внутри блока питания.
• Установить безвентиляторный блок. Такие блоки обладают меньшей мощностью, содержат большие рассеиватели тепла и должны устанавливаться в хорошо вентилируемых корпусах.
• Обеспечить свободный доступ не нагретого воздуха к блоку питания, в отличие от типичных конструкций, где воздух проходит сначала через внутренние компоненты и встречает несколько препятствий на своем пути. Такой вариант предлагают, например, сегментированные корпуса Antec P180.

«Северный мост», охлаждаемый с помощью пассивного радиатора «Северный мост», охлаждаемый с помощью пассивного радиатора

На современные материнские платы устанавливают, как правило, электронные контроллеры вентиляторов. Избыточное тепло выделяется на них микросхемами «северного моста». Для его охлаждения устанавливается небольшой, но шумный вентилятор, например, как в чипсете nForce4. Некоторые производители вместо этого используют большие пассивные рассеиватели тепла, что избавляет от шума, но требует хорошего охлаждения пространства внутри корпуса.

Некоторые материнские платы создают гудение своими катушками индуктивности.

CRT-мониторы создают трансформаторное гудение, этим же могут страдать блоки питания LCD-мониторов. Высокочастотный звук, который могут издавать LCD-мониторы, становится тише всего при 100%-яркости.

Их можно делать тише при помощи программ-замедлителей, таких, как Nero Drivespeed, или полностью заменять на программные эмуляторы, например Daemon Tools. Можно также использовать внешние накопители, предназначенные для ноутбуков, которые работают тише, не в последнюю очередь благодаря меньшей скорости.

Жидкостное охлаждение бывает оптимизированным либо для максимально тихой работы, либо для максимального охлаждения, но не одновременно. Из-за наличия вентилятора и насоса такие системы могут быть более шумными, чем традиционное охлаждение, но недавние технологические успехи позволили им быть одновременно и эффективными и тихими. Тем не менее, такой вид охлаждения требует больших знаний и больших затрат. Из тихих популярны системы Zalman Reserator, однако самостоятельно собранная пользователем конструкция может быть ничем не хуже, и лишь ненамного громче.

Среди производителей тихих компьютеров лидирует, безусловно, Apple Inc. Например, устаревшая теперь модель G4 Cube содержала минимум движущихся частей и становилась практически бесшумной после замены стандартного жесткого диска на более новый тихий. Современная модель Mac mini полагается всего на один вентилятор и ноутбучный жесткий диск и потому работает почти бесшумно.

Можно считать тихими ПК, выпущенные компанией Dell, если сравнивать со стандартными моделями, но самодельные тихие ПК легко их опережают.