Ще півроку тому вважалося, що блоку живлення потужністю 350W за очі вистачить для живлення будь-якого, самого наверненого домашнього компа. Бери БП потужніший від відомого виробника, і можеш хоч обвішатися різними девайсами – нічого рахувати не потрібно.
Але божевільна гонка за мегагерцами і fps ами вносить свої корективи: на ринку з’явився новий відеоприскорювач від nVidia – GeForce 6800 Ultra, ATI готує удар у відповідь, і користувачеві вже рекомендують запастися БЖ потужністю 480W! Закономірно виникає питання: «Без заміни блоку живлення апгрейд тепер неможливий?».
Відповісти на це питання не так складно – треба порахувати потужність машини. Вміти обчислити споживану потужність системи корисно і при збірці і апгрейді комп’ютера будь-якої конфігурації. Як з’ясувати, чому не включається комп’ютер, або чи витримає noname блок на 230W додатковий HDD? Про це ми спробуємо розповісти нижче.
Принцип роботи блоку живлення
Дуже часто на залізних форумах можна зустріти сумні історії про те, як у когось згорів блок живлення і прихопив з собою на той світ матір, проц, відюху, гвинт і кота Мурзика. Чому ж горять БЖ? І чому горить синім полум’ям навантаження aka начинка системного блоку? Щоб відповісти на ці питання, коротко розглянемо принцип роботи імпульсного блоку живлення.
У комп’ютерних блоках живлення застосовується метод подвійного перетворення із зворотним зв’язком. Перетворення відбувається за рахунок трансформації струму з частотою не 50 Гц, як у побутовій мережі, а з частотами вище 20 кГц, що дозволяє використовувати компактні високочастотні трансформатори при тій же вихідній потужності. Тому комп’ютерний блок живлення набагато менше, ніж класичні трансформаторні схеми, які складаються з понижувального трансформатора досить значних розмірів, випрямляча і фільтра пульсацій. Якби комп’ютерний блок живлення був би зроблений за цим принципом, то при необхідної вихідної потужності він був би розміром з системний блок і важив би в 3-4 рази більше (досить згадати телевізійний трансформатор з потужністю 200-300 Вт).
Імпульсний БЖ має більш високий ККД за рахунок того, що працює в ключовому режимі, а регулювання і стабілізація вихідних напруг відбувається методом широтно-імпульсної модуляції. Якщо не вдаватися в подробиці, то принцип роботи полягає в тому, що регулювання відбувається шляхом зміни ширини імпульсу, тобто його тривалості.
Коротенько принцип роботи імпульсного БП простий: щоб використовувати високочастотні трансформатори, нам необхідно перетворити струм з мережі (220 вольт, 50 Гц) у високочастотний струм (близько 60 кГц). Струм з електричної мережі йде на вхідний фільтр, який відсікає імпульсні високочастотні перешкоди, які утворюються при роботі. Далі – на випрямляч, на виході якого стоїть електролітичний конденсатор для згладжування пульсацій. Далі випрямлена постійна напруга близько 300 вольт надходить на перетворювач напруги, який перетворює вхідний постійна напруга в змінну напругу з прямокутною формою імпульсів високої частоти.
До складу перетворювача входить імпульсний трансформатор, який забезпечує гальванічну розв’язку від мережі і зниження напруги до необхідних значень. Ці трансформатори виготовляються дуже маленькими порівняно з класичними, в них мала кількість витків, а замість залізного сердечника використовується феритовий. Потім знімається з трансформатора напруга йде на вторинний випрямляч і високочастотний фільтр, що складається з електролітичних конденсаторів і індуктивностей. Для забезпечення стабільного напруги і роботи використовуються модулі, що забезпечують плавне включення і захист від перевантажень.
Отже, як ти міг помітити з вищесказаного, у схемі комп’ютерного блоку живлення протікає струм дуже високої напруги – ~ 300 вольт. Тепер давай уявимо, що буде, якщо який-небудь ключовий елемент схеми вийде з ладу, і захист не спрацює. Струм високої напруги короткочасно надійде в навантаження (поки БП не вигорить), і частина вмісту системного блоку, швидше за все, цього не перенесе.
Чому ж горить БП? Є багато причин: зупинився вентилятор, впав всередину гвинтик, нутрощі забилися пилом і т.д. Але нас цікавить інший момент.
Імпульсний блок живлення забирає з мережі стільки енергії, скільки споживає навантаження. Відповідно, якщо споживана навантаженням потужність буде вище потужності, на яку розрахований БП, то сила струму, що протікає по ланцюгах блоку, також буде вище тієї, на яку розраховані провідники та елементи, що призведе до сильного нагрівання і, в підсумку, до виходу блоку живлення з ладу. Саме тому на виході БП варто датчик вихідної потужності, і захисна схема відразу відключить блок живлення, якщо розрахункова потужність навантаження буде більше максимальної потужності БП.
Отже, якщо необдумано перевантажити блок живлення, то в кращому випадку він просто не включиться, а в гіршому – згорить, тому завжди корисно хоча б прикинути потужність навантаження.
Що таке потужність
Потужність – фізична величина, що характеризує енергію, віддану або отриману об’єктом в одиницю часу. Відповідно, потужність буває виділяється (вихідна) і поглинається (споживана).
Потужність, як і енергія, буває різних видів (механічна, електрична, теплова, акустична, електромагнітна, хвильова і т.п.), які, у свою чергу, пов’язані з природою цієї енергії.
Ставлення виділяється в ході перетворення енергії потужності до споживаної називається коефіцієнтом корисної дії (ККД), який характеризує ефективність цього перетворення.
Як відомо з шкільного курсу фізики, потужність P [Вт] для схеми постійного струму прямо пропорційна напрузі U [В] і силі струму I [А] у ділянці кола:
P = I * U
Цю формулу можна використовувати як для розрахунку потужності, споживаної пристроєм, так і для розрахунку вихідної потужності БЖ, а також для розсіюваною теплової потужності.
Відповідно, теплова потужність, що виділяється на елементі схеми блоку живлення (нагрівання елемента), буде прямо пропорційна силі струму, що проходить через всі споживачі.
Напевно, не треба пояснювати, що сумарна потужність всіх комплектуючих повинна бути менше максимальної вихідної потужності джерела живлення.
Необхідно також відзначити, що система споживає потужність нерівномірно. Піки потужності доводиться на включення ПК або окремого пристрою, задіяння сервоприводів, збільшення обчислювального навантаження на систему і т.д. Виробники часто вказують для пристроїв з великим енергоспоживанням значення пікової потужності. Таким чином, грубо прикинути максимальну споживану потужність навантаження можна просто склавши потужності всіх пристроїв, підключених до БЖ:
P = p (1) + p (2) + p (3) + … + P (i)
Стандарти БП
Але для розрахунку харчування та виявлення проблем з ним необхідно знати деякі дані і про самому блоці живлення. Почнемо зі стандартів.
Першим стандартом блоку живлення для IBM PC сумісних був AT. Він забезпечував потужність БП до 200W, чого вистачало з великим запасом, так як CPU споживали за нинішніми мірками мізерна кількість енергії, і лише деякі користувачі могли дозволити собі другий HDD.
З виходом Pentium II AT вже не міг забезпечити необхідну середньому ПК вихідну потужність (230-250W) і поступився своє місце ATX. ATX відрізняється від AT наявністю додаткового джерела живлення +3.3 V, наявністю харчування в ланцюзі +5 V в режимі Standby і можливістю програмного відключення. Принципових відмінностей у схемотехніці – ні.
Pentuim IV вніс чергові корективи. Цей процесор споживає таку велику потужність, що стандартний блок ATX вже не може забезпечити стабільне живлення в ланцюзі 12V. Перетин провідника і площа впевненого контакту в роз’єми недостатні, що може призвести до псування материнської плати, тому з’явився додатковий 4-контактний роз’єм.
Враховуючи «ненажерливість» сучасних CPU і відеоадаптерів, схоже, скоро нас чекає чергова зміна стандарту.
Читаємо характеристики блоку живлення
Та велика красива цифра, яку зазначають у моделі блоку живлення, показує загальну потужність пристрою. Нас же повинні цікавити такі показники, як ефективна навантаження (ККД) і напрацювання на відмову при певній навантаженні і температурі. Перший показник говорить про те, яку потужність буде споживати навантаження, а яка виділиться вхолосту у вигляді тепла, тобто при заявленій потужності 350W і ефективної навантаженні 68% ми отримаємо 240W. У різних виробників цей показник коливається від 65% до 85%. Другий показник дає нам дані про рекомендованих умовах роботи БЖ, наприклад, 100000 годин при навантаженні 75% і температурі 25 градусів Цельсія. Інші показники стосуються значень відхилень по вхідному і вихідному напрузі, захисту від перевантажень, короткого замикання і перегріву і т.д.
Однак є ще один блок характеристик. Справа в тому, що сумарна потужність блоку складається з показників потужності по окремих ланцюгах. Вони вказані на кришці блоку живлення в спеціальній табличці. Використовуючи наведену вище формулу, можна розрахувати мінімальну максимальну потужність навантаження по кожній ланцюга. Склавши отримані потужності, отримаємо ефективну потужність БП.
Потужності по кожному виходу також важливо враховувати, тому що навантаження споживає струм різної напруги і буде навантажувати відповідну ланцюг БП.
Процесор
Процесор, напевно, самий ненажерливий елемент в комп’ютері. Не дарма для нього виділили окрему розетку! Потужність, споживана тією чи іншою моделлю CPU, зазвичай відома, і вказується виробником. Її також можна розрахувати, помноживши струм, споживаний процесором (зазвичай також вказується) на напругу. Потужності найпоширеніших CPU ти можеш подивитися в таблиці.
Окремо хочеться виділити Intel Pentium IV Prescott, який, незважаючи на 0.9-мікронну технологію, але за рахунок значно більшого числа транзисторів, споживає більше, ніж Northwood – 105-110W.
Складнощі з розрахунком споживаної процесором потужності виникають, якщо CPU розігнаний. Потужність збільшується при підвищенні тактової частоти і напруги на ядрі. Якщо підвищення напруги врахувати легко, то коефіцієнт залежності споживаного струму від частоти можна знайти тільки досвідченим шляхом. Дуже приблизно можна сказати, що при збільшенні частоти на 100 МГц споживана потужність збільшується на 0.6-1.0W.
Відеоадаптер
Сучасні відеоприскорювачі по «ненажерливості» нітрохи не поступаються процесору. Відеочіп містить значне число транзисторів, частоти також високі, та й бортова пам’ять має потребу в харчуванні.
Споживана відеокартою потужність дуже сильно залежить від її стану: знаходиться вона в режимі очікування, використовується в 2D-додатках або обраховує складну 3D-сцену. Точні значення зміни споживаної потужності привести неможливо, однак тести показують, що при завантаженні системи 3D-додатком у високому екранному дозволі споживана потужність системи може вирости на 80-100W в порівнянні з незавантажені станом.
Особливо хочеться відзначити характеристики hi-end відеоадаптерів. Наприклад, nVidia GeForce 6800 Ultra при пікових навантаженнях споживає до 110W.
Приводи
Особливістю приводів є наявність механічних частин в конструкції, зокрема електромоторів, які споживають струм з напругою 12 вольт. Саме в момент позиціонування головок HDD або відкриття лотка CD-приводу відбувається збільшення споживаної енергії. Нам доводилося бути свідками відключення БП через спробу відкрити CD-ROM.
Окремо варто згадати CD-RW і DVD драйви. Через підвищену потужності лазерного променя ці приводи споживають трохи більше енергії, однак у порівнянні цифра незначна – ~ 15W.
USB і IEEE 1394
При «гарячому» підключенні пристроїв також відбувається стрибок споживаної потужності, і кожен пристрій споживає додаткову енергію. Таким чином, необхідно враховувати харчування тимчасово підключаються пристроїв при плануванні запасу потужності блоку живлення.
Інші фактори
При покупці блоку живлення завжди необхідно залишати певний запас потужності. Це пов’язано з можливістю майбутніх апгрейдів і з установкою додаткового обладнання. Також слід враховувати сезонну зміну умов роботи, знос і забруднення БП. Наприклад, дуже сильно впливає на роботу блоку пил. Пил є не тільки термоизолятором, який перешкоджає охолодженню, і не тільки перешкодою в роботі вентиляторів. Вона ще є прекрасним провідником статичної електрики. Так що пил в першу чергу небезпечна для комп’ютера, і при підвищенні споживаної потужності (тобто підвищенні напруги при включенні якого пристрою) може вийти з ладу будь-який компонент. Аналогічна ситуація і з зносом – він наближає вихід з ладу системи.
На що потрібно звернути увагу при купівлі БП
Перш за все, на якість виконання. Його можна оцінити навіть на вагу. Іноді дивує легкість 300-ватного безіменного БП порівняно з тяжкістю 250-ватного InWin. Солідний вага означає, що виробник не економить на хороших масивних радіаторах і трансформаторах з запасом потужності, і навіть на силових елементах конструкції корпусу БП.
Також потужні блоки живлення оснащуються великим числом (від 7 і вище) якісних роз’ємів для підключення різних внутрішніх пристроїв. Власникам Intel Pentium IV необхідно переконатися в наявності чотириштиркові AUXPWR-колодки і відповідно БП стандарту АТХ 2.03.
Якщо є можливість, то бажано перевірити стабільність вихідної напруги в роботі. Для цього є різні утиліти, які дозволяють спостерігати і записують характеристики живлення в реальному часі. Зазвичай вони йдуть в комплекті з програмним забезпеченням до материнської плати.
І нарешті, не слід купувати блоки без назви або з незнайомою назвою фірми-виробника.
Висновки
Отже, розраховувати споживану потужність навантаження і реальну вихідну потужність блоку живлення при прийнятті рішень про покупку нового девайса або апгрейді просто необхідно. І хоча сучасні блоки володіють надійними схемами захисту, буде дуже неприємно, якщо при спробі прочитати інформацію з флеш-драйву новенький блок живлення відразу ж відключиться.
