Качественный Блок Питания - основа стабильной работы системы

Со всей остротой проблема качественного электропитания настольных компьютеров возникла сравнительно недавно. Еще лет пять назад стандартные ПК потребляли гораздо меньшую мощность, чем сегодня, а 200-ваттный блок питания вполне удовлетворял требованиям по питанию.

Процессоры и видеоадаптеры "двоек" и "троек" потребляли единицы Ватт, прочие устройства, такие как звуковая карта, дополнительный жесткий диск, пишущий оптический привод и пр. в большинстве отсутствовали.

Первые признаки ужесточения требований к питанию ПК появились вместе с выходом процессора Pentium II. Тогда стараниями Intel был введен новый стандарт питания - ATX, предусматривающий, среди прочего, 20-контактный разъем, по которому напряжение подается на материнскую плату. Одна из причин появления нового стандарта заключалась в том, что использовавшийся до этого AT уже не мог обеспечить надлежащего питания по току. Выросла и номинальная мощность - общепринятыми стали 230-250 Вт блоки питания.

Инициатором следующего обновления опять-таки оказалась корпорация Intel. С появлением Р4 выяснилось, что уже и АТХ не способен обеспечить системе надежное питание. Суммарный ток, идущий по цепи 12 В, оказался настолько высоким, что сечения проводника и площади уверенного контакта в разъеме не хватало, чтобы обеспечить надлежащий уровень амплитуды тока. Это могло вызвать искрение и нагрев контактов разъема питания, что вело к поломке материнской платы. Проблема была решена выведением питания процессора на отдельный 4-контактный разъем.

Стандарт получил название АТХ 12V (20 + 4 контактов).

Компания AMD принимала, в общем-то, пассивное участие в процессе изменения стандартов. Долгое время материнские платы для процессоров на ядре K6 продолжали "запитываться" по стандарту АТ, в то время как Intel практически полностью перешел на АТХ. AMD внедрила стандарт ATX только на платформе K7.

К сожалению, AMD до сих пор не приняла стандарт ATX 12V - у владельцев однопроцессорных плат под Socket 462 разъем питания 4-pin не задействован. Это обстоятельство свидетельствует отнюдь не в пользу AMD: Athlon потребляет энергию на уровне Рentium 4, однако питание при этом подается с общего потока, а не по отдельному каналу, как в Рentium 4. Во многом "благодаря" этому обстоятельству система на процессоре AMD более критична к качеству питания, что способствует распространению обывательского мнения, что система на процессорах Intel в целом стабильнее, чем на AMD.

Сколько мне нужно Ватт?

Не вдаваясь в подробности, могу сразу дать "категоричный" ответ - 300 Вт, минимум, который позволит в течение хотя бы нескольких лет не задумываться о покупке нового БП. Так или иначе, мощности основных потребителей питания (процессор, видеокарта, материнская плата и т.д) постоянно растут, да и периферийные устройства отнимают все больший "кусок" общей мощности.

От слов перейдем к цифрам. Попробуем просуммировать данные потребления мощности каждого элемента. Следует, однако, понимать, что составить расчет с точностью до +/- 1 Вт невозможно, поскольку производители очень редко разглашают информацию о потребляемой мощности устройств. К тому же, у каждого свои мерки - устройства разных разработчиков предъявляют разные требования к питанию. Поэтому, расчет делается весьма приблизительный, но с условием "лучше больше, чем меньше". Данные взяты из множества источников, найденных поисковиком:

• Процессор - 50-90 Вт
• Материнская плата - 15-30 Вт
• Память - 5-10 Вт
• HDD - 7-30 Вт
• Видеокарта - 10-50 Вт
• CD-ROM, CD-RW, DVD - 10-25 Вт
• FDD - 5-7 Вт
• Sound - 5-10 Вт
• Кулер - 1-2 Вт
• Порты - 8-10 Вт

Теперь все суммируем по минимуму и по максимуму:
Pmax = 90+30+10+30+50+25+7+10+2+10 = 254 Вт
Pmin = 50+15+5+7+10+10+5+5+1+8 = 116 Вт

Таким образом, потребляемая мощность среднестатистического ПК лежит в пределах 116-254 Вт. От этих цифр и стоит отталкиваться. Следует также заметить, на примере процессора, что мощность 90 Вт - это не постоянное, а пиковое, кратковременное потребление в течение короткого времени. К тому же, это значение применимо, скорее, к топовым моделям, младшие потребляют значительно меньше. Например, Celeron 800 по имеющимся данным, потребляет всего 15-20 Вт. Это же касается и жестких дисков, энергопотребление которых достигает максимума при записи, а при чтении и, особенно, в холостом режиме, уменьшается. Еще интереснее ситуация с видеоадаптерами. Видеокарты уровня 50 и более Ватт рассчитаны на слот AGP Pro. Обычный слот AGP 4x имеет предел по питанию в 25 Вт. При необходимости получить большую мощность, производители размещают на видеокарте отдельный разъем питания (как, например, в ATI Radeon 9700 и Voodoo 5). Можно утверждать, что видеокарта в стандартном слоте не выйдет за пределы 25 Вт. К тому же, максимума по мощности она достигает при активном использовании "горячих" возможностей в 3D-играх, а в 2D уровень энергопотребления значительно уменьшается.

"Так что ты нам лапшу вешаешь насчет 300 Вт? Тут при желании и в 100 Вт можно вложиться!" - запротестуют самые нетерпеливые. "В чем подвох?"

А подвох в том, что допустимая мощность БП, например 300 Вт - также не постоянная, а пиковая. БП может ее выдать, но кратковременно, например, при запуске системы. В рабочем же режиме мощность, которую может обеспечить БП, значительно ниже пиковой, указанной в маркировке. Даже "честные" БП имеют рабочую мощность ниже заявленной пиковой.

Упрощенная структура блока питания

Рассмотрим структуру БП:

1. Выпрямитель сетевого напряжения;
2. Регулируемый преобразователь напряжения;
3. Трансформатор;
4. Выпрямитель и сглаживающий фильтр;
5. Контур обратной связи.

Входное переменное напряжение Uвх выпрямляется выпрямителем 1 в постоянное. Далее, при помощи преобразователя 2 напряжение преобразуется в импульсное. После чего, вновь проходит через преобразующий фильтр 4 и подается на выход Uвых. Контур обратной связи 5 состоит из множества управляющих и корректирующих цепей. Его работа - поддерживать выходное напряжение на необходимом уровне.

Внешние визуальные признаки отличия качественного от некачественного БП

Масса - главный, а иногда и единственный критерий, по которому пользователь может оценить качество БП, особенно, если он опломбирован. Качественный БП 300 Вт должен весить 2 кг и более. Львиную долю общей массы составляет вес трансформатора, радиаторов, а также заполнение платы элементами (конденсаторы, соленоиды, резисторы)

Если же масса БП в районе одного килограмма - это свидетельствует об уменьшенном размере трансформатора.

Если есть возможность заглянуть внутрь БП, задача упрощается. Даже далекого от электроники пользователя с гуманитарным образованием должны насторожить подобные пустующие места, с перемычками вместо элементов. Это компоненты фильтров пульсаций, или, точнее, место, где они должны быть. Их так же внесет свои коррективы как в общую массу, так и в качество работы БП.

Могу с уверенностью утверждать, что в блоке питания за 30 и более у.е. и массой больше 2 кг (ах, как хочется перечислить поименно!) зияющих пустот вы не увидите - все будет занято.

БП - важная составляющая вентиляции

Мало кто обращал внимание на то, что БП, кроме своих основных функций, выполняет также, "по совместительству", роль вытяжного устройства. Качественный корпус спроектирован таким образом, что внутри происходит непрерывный охлаждающий цикл: холодный воздух снизу с помощью вытяжного устройства поднимается вверх, при этом охлаждая встречающиеся по пути горячие устройства. При этом, чем оптимально расположены воздухозаборные отверстия, тем лучше будет происходить охлаждение. Взгляните на изображения, и вам станет все понятно. Как вы считаете, какой процессор чувствует себя комфортнее? ;-)

Иногда вместо нижних отверстий производители вставляют дополнительный вентилятор, для более эффективной вентиляции.

Методы проверки БП на соответствие характеристик в домашних условиях

Типичная ситуация - компьютерная система, системный блок запитывает БП неизвестного происхождения. Компьютер периодически сбоит. Можно ли выяснить, является ли БП причиной "глюков", или причина в другом железе и сыром софте?

К сожалению, общепринятого метода, который можно было бы воспроизвести в домашних условия, нет. Идеальной моделью для тестирования была бы сама компьютерная система. Но велика вероятность того, что в результате экспериментов ее можно вывести из строя, а значит, тестирование выйдет неоправданно дорогостоящим (прим. ред. - увы!). К тому же, для снятия характеристик понадобятся дорогостоящие приборы. Тем не менее, доступные даже домашнему пользователю способы изучения качества работы БП имеются...

Поверхностную проверку качества блока питания можно также провести по косвенным признакам. Для этого не понадобится дополнительное оборудование и приборы, достаточно будет программы мониторинга материнской платы и какого-нибудь дополнительного энергоемкого комплектующего (например, дополнительный HDD).

1. Этот способ подойдет для случая, когда системный блок опечатан, и вы не имеете возможности не только посмотреть на размер трансформатора вашего БП, но и не знаете даже его названия. Для выполнения теста понадобится какая-нибудь программа, которая бы была в состоянии хорошо нагрузить вашу систему на продолжительное время. Подойдут "тяжелая" демка, рендеринг сложной сцены, открытие-сохранение в Photoshop файла объемом в пару гигабайт, перекодирование фильма с MPEG 2 в MPEG 4. Перед выполнением действия зарегистрируйте текущие уровни напряжения. После выполнения сравните текущие значения напряжений, которые подаются на процессор, память, видеокарту, с первоначальными (сделать это можно с помощью любой утилиты аппаратного мониторинга). Если они значительно изменились, на несколько десятых, значит БП нагрелся, соответственно, для него это тяжелая ноша. Менять!

2. Для этого способа должен быть доступ внутрь корпуса, и нужна дополнительная нагрузка (как мы условились выше, это будет HDD 7200 об/мин). Фиксируются напряжения до установки устройства, и после установки. Опять же, если произойдет изменение в несколько десятых - стоит задуматься о покупке нового БП.

А вот пример 2 в действии. AMD Athlon XP 1700+, EPoX 8KHAL+, RAM DDR 256 MB Samsung, HDD WD 40 GB 7200 об/мин, Video AOpen GF4 MX440 и т.д. В качестве блока питания был установлен один из самых популярных, но далеко не самых качественных БП (я думаю, постоянные посетители COMPOSTER'а догадались, о каком БП идет речь ;-)) Первый скриншот показывает вольтаж текущей системы.

Второй скриншот отображает напряжения после того, как в систему был добавлен еще один HDD 7200 об/мин. Как видно, падение напряжения значительное, что свидетельствует о "потрясающем" качестве блока питания:

Следует отметить, что проверять падение напряжения лучше на платформе AMD, поскольку, как отмечалось выше, в системе на Р4 процессор имеет отдельный вывод питания, соответственно, нагрузка эффективнее распределена и система более стойка к перегрузкам.

Что нас ждет в будущем?

Будущее питания настольных систем весьма прогнозируемо. В ближайшее время вряд ли что-то изменит действующий стандарт ATX 12V - его ресурсы пока позволяют смело ориентироваться на более "прожорливые" системы. Возможно, произойдут некоторые изменения, связанные с популяризацией новых комплектующих и периферийных устройств. Например, использование новых дисковых накопителей с интерфейсом Serial ATA предполагает наличие специального разъема питания. Но это, как мне кажется, не приведет к созданию принципиально нового стандарта: будет осуществлена ревизия существующего с учетом требований, например ATX 2.04 или ATX 12V-S: Главные колодки будут неизменными. Даже в случае переворота в "процессоростроении" у Intel есть козырь в рукаве - широко распространенный серверный стандарт EPS 12V, который при желании может быть переведен в разряд десктопных.

У AMD будущее более туманно. Ресурсы питания по стандарту ATX практически исчерпаны. У AMD есть два пути - либо принять стандарт ATX 12V, либо разработать собственный. По разработке собственного у AMD есть печальный опыт, правда только в секторе дуальных систем. Компанией продвигался стандарт ATX-GES, но он не набрал должной популярности, в первую очередь, из-за несовместимости с другими платформами и высокой стоимостью. Поэтому, даже в дуальных системах AMD скорее всего перейдет на стандарт EPS 12V.

P.S. Большинство выводов сделано автором на основе личного опыта, умозаключений и эмпирических результатов, которые, разумеется, не могут быть всеобъемлющими, и не должны восприниматься, как аксиоматическая истина.

Когда версталась статья, свершилось то, чего так долго ждали! В свет выпущена первая платформа под процессор AMD, с питанием ATX 12V. Это плата EPoX 8RGA+, на чипсете nForce2.

Остается надеяться, что другие производители материнских плат последуют примеру EpoX, что, несомненно положительно отразится на росте популярности AMD-систем.