Качине обладнання для ПК - Архіви

[Методологія] Випробування джерела живлення
Вимірювання та тести: Якість регулювання

Зараз ми зосередимося на низьких напругах постійного струму, що генеруються джерелом живлення. Ви вже знаєте: поточне живлення забезпечує кілька рівнів напруги, хоча 12 вольт за останні роки явно взяв перевагу над іншими. Ось короткий підсумок напруженості:

+5 Вольт: Подає необхідний струм на електронні картки периферійних пристроїв (DVD-програвач, жорсткий диск), на звичайні порти PCI, а також, іноді, на оперативну пам’ять.

+3,3 Вольт: Поставляє більшість компонентів материнської плати: чіпсет, контролери, порти PCI та PCI-Express. тощо.

-12 Вольт: Негативна напруга, яку в минулому використовували деякі операційні підсилювачі на материнській платі та паралельний порт. Зберігається для зворотної сумісності, але сьогодні насправді не використовується.

Тепер залишається виміряти якість напруг, що подаються джерелом живлення, з точки зору стабільності, шуму або навіть характеристик. Тому що давайте відразу покладемо кінець затяжному міфу: напруга на роз’ємах майже не пов’язана з якістю джерела живлення. Напруга 11,75 Вольт, зареєстрована під навантаженням на рейку + 12 В, не створює ні найменшої проблеми і залишається значною мірою в межах норми, яка визначає +/- 5%. Крім того, майже жодна з напруг джерела живлення не використовується як є: вони часто повторно регулюються іншим ступенем живлення, розташованим поблизу пристрою. Тепер ми побачимо вимірювання (репрезентативні для якості блоку живлення), які ми проведемо на наших тестових морських свинках.

Перехідний аналіз

Одним з найважливіших моментів для джерела живлення є належна підтримка перехідних станів при дотриманні специфікацій. Давайте все це прояснимо. Як ми бачили, напруга і струм є двома тісно пов'язаними параметрами (P = U x I і U = R * I). Однак у ПК дуже енергоємні компоненти, такі як процесор або відеокарта, завжди використовуються з перебоями, і їх енергетичні потреби коливаються дуже сильно за кілька тисячних секунд. Таким чином, процесор зможе перейти від режиму очікування до повного навантаження за кілька мікросекунд, із змінним значенням струму, що подається від 2А до 12А, так само швидко. Однак, оскільки звичайне імпульсне джерело живлення не перемикається швидше ніж 100 кГц, напруга різко впаде до того, як регулятор відреагує.

Висновок: сильне збільшення струму призводить до значного зниження напруги, і навпаки. Для пом'якшення перехідних процесів використовуються конденсатори, здатні миттєво накопичувати та виділяти енергію. Але, незважаючи на це, великі коливання напруги все-таки з'являлися під час перехідних станів. Хорошу дієту можна відрізнити від поганої за її здатністю справлятися з цими швидкими коливаннями. Для їх аналізу ми використаємо осцилограф для візуального відображення кривої напруги під час перехідних процесів, а також Fluke 287 для вимірювання піків. Цей мультиметр високого класу має перевагу в тому, що він має чудову точність (0,025%), а також режим перехідного виявлення близько 250 µS. Побачимо це на практиці:

На цьому блоці живлення ми раптово змінили навантаження, підключену до рейки + 12В, від 12А до 2А. Ми чітко бачимо пік напруги, який досягає 13,6 вольт і для стабілізації займає близько 10 мкс. Чим довше енергопостачання буде потрібно для стабілізації після переходу, тим більшим буде пік напруги і тим менш хорошим він буде. Крім того, оскільки рейки + 12 В і + 5 В надходять від одного і того ж трансформатора, на рейці + 5 В також буде присутній пік того ж типу, особливо якщо він дуже слабо навантажений.

Що ми будемо вимірювати: Перехідні процеси

Для вимірювання перехідних процесів ми завантажимо джерело живлення струмом 5 ампер на рейці +3,3 вольта, 2 ампера на рейці +5 вольт і 2 ампера на рейці +12 вольт головного роз'єму ATX. Після цього ми будемо дуже швидко змінювати навантаження, підключену до + 12V2 (4-х або 8-контактний роз’єм, що постачає процесор), від 2А до 12А і навпаки. В обох випадках ми будемо вимірювати інтенсивність піку або падіння напруги, а також час стабілізації на рейках + 12В і + 5В. Це загалом 8 вимірювань.

Тепер поговоримо про електронний шум. Хоча напруга, яка залишає джерело живлення, подається як безперервна, на практиці це не зовсім так. Дійсно, якщо ми спостерігаємо сигнал з дуже високою чутливістю, ми бачимо, що присутні багаторазові мікро варіації напруги. Стандарт ATX також визначає максимальний рівень коливань: 120 мВ (0,12 В) для 12-вольтових рейок і 50 мВ для інших. Гучний шум призводить до швидшого зношування конденсаторів, і тому його слід уникати. Для цього типу вимірювання в більшості випадків цілком достатньо стандартного осцилографа, такого як наш Tektronix. Однак у випадку дуже хороших джерел живлення з дуже низьким рівнем шуму (менше 5 мВ), 8-бітна роздільна здатність TDS1012 може бути недостатньою. Тому ми оснастили себе невеликим «осцилографом» USB Stingrey DS1M12, дуже повільним, але з 12-бітовим аналого-цифровим перетворювачем:

Тут ми чітко бачимо електричний шум близько 30 мВ на рейці + 12В. Зверніть увагу, що для цього вимірювання та для того, щоб відповідати стандартам, ми вставили на вихід дисковий конденсатор 0,1 мкФ, а також танталовий конденсатор 10 мкФ. Подібним чином навантаження було ізольовано від землі джерела живлення, а напруга вимірюється за допомогою диференціального щупа.

Що ми будемо вимірювати: Електричний шум

За допомогою диференціального зонда та двох конденсаторів ми виміряємо електричний шум, спричинений джерелом живлення на постійних виходах + 3,3 В, + 5 В та + 12 В із струмами навантаження 500 мА та 15 А, і ми забезпечимо, щоб цей шум не перевищувати межі, визначені стандартом ATX 2.2.

Терміни та затримки

Увімкнення та вимкнення підлягають компонентам джерела живлення особливих навантажень. Допуски в ці короткі моменти, однак, дуже строго визначаються стандартом ATX, щоб не пошкодити периферійні пристрої, підключені до джерела живлення. Докладніше цикл активації починається, коли лінія PS_ON роз'єму ATX заземлена. Ця дія відповідає моменту натискання кнопки ON на материнській платі. З цього моменту джерело живлення має 500 мс (1/2 секунди) для напрямків 3,3 В, 5 В і 12 В для досягнення своїх номінальних значень. Кожна рейка повинна індивідуально переходити від 10% до 95% номінальної напруги менше ніж за 20 мс і з лінійним зростанням. Це те, що ми збираємось перевірити за допомогою осцилографа. Приклад:

На захопленні зліва верхня крива представляє сигнал PS_ON, активний у низькому стані. Нижня крива показує стан сигналу PWR_OK, який вказує на те, що всі рейки працюють з правильними напругами. У цьому прикладі для запуску джерела живлення знадобилося 360 мс, час менше 500 мс, що вимагається стандартом ATX. На скріншоті праворуч ми бачимо початок рейки + 12В. Це переходить від 10% (1,2 Вольт) до 95% (11,4 Вольт) від номінальної напруги за 10,8 мс і з дуже лінійною кривою, відповідно до стандарту.

Що ми будемо вимірювати: затримки та затримки

Завдяки осцилографу ми перевіримо час, що пройшов між PS_ON і PWR_OK, який не повинен перевищувати 500 мс, а також включення рейок 3,3 В, 5 В і 12 В (лінійно і менше ніж за 20 мс). Щоб завершити все, ми протестуємо ще один параметр, який називається "Потужність перехресного навантаження": джерело живлення повинно мати можливість запускатися з нульовим навантаженням на рейку + 12 В і 5 А на рейки 3,3 В та/або 5 В.