Найважливіші критерії правильного блоку живлення Блоки живлення для ПК та серверів Що потрібно знати
При виборі правильних компонентів джерело живлення часто відіграє підпорядковану роль. Ретроспективно це може виявитись серйозною помилкою. Оскільки незрозумілі збої системи також можуть спричинити неправильно вибраний блок живлення. Крім того, правильно розміщений блок живлення (енергоефективність) відіграє все більшу роль у процесі постійно зростаючих витрат на енергію. Але яке електричне живлення потрібно системі, і що ви повинні враховувати, купуючи блок живлення? Яку потужність вона забезпечує, і що насправді означає часто незрозуміла інформація на типовій табличці блоків живлення?
Відповідні технічні характеристики є важливим керівництвом для перемикання джерел живлення. В якому комітети встановлюють електричні та механічні параметри постачальників енергії. Ці технічні характеристики часто дають виробникам великий простір у розробці імпульсних джерел живлення, так що інформація на шильдиках не завжди є безпосередньо порівнянною.
Деякі виробники джерел живлення люблять хизуватися показниками високої продуктивності. Відповідно до девізу: «Чим більше енергії, тим краще буде живлення». Але особливо з імпульсними джерелами живлення, ви не повинні зазнавати такої помилки, оскільки іноді збільшення розміру є недоліком, як пояснюється в нашій статті. Крім того, ми пояснюємо принцип роботи імпульсного джерела живлення та виділяємо найважливіші електричні параметри, такі як ефективність, комбінована потужність та PFC.
Якщо вас більше цікавлять рекомендації Energy Star 4.0, ви знайдете їх у звіті: Energy Star 4.0: Нові рекомендації щодо економії енергії для ПК та ноутбуків. Стаття Netzteile: Нові стандарти для ПК та серверів присвячена стандартам джерел живлення. Як економити електроенергію за допомогою серверного обладнання, описано в статті Практичний тест: Економія електроенергії за допомогою серверного обладнання.
Як працює імпульсний блок живлення
Блоки живлення, які використовуються і сьогодні, в основному працюють з трансформатором, випрямлячем та лінійним елементом управління. Недоліками цього застарілого, але все ще дуже недорогого рішення є велика витрата потужності, великий об'єм і відповідно висока вага. З іншого боку, є імпульсний блок живлення з його відносно високою ефективністю, як правило, від 60 до 90 відсотків, меншою вагою та меншими розмірами. Однак ці переваги перед звичайним джерелом живлення доводиться купувати за вищою ціною.
Вхідна напруга мережі 220 вольт і 50 Гц випрямляється і грубо згладжується через випрямляч і конденсатор фільтра. Передавач потужності та комутуючий транзистор становлять серцевину імпульсного джерела живлення. Цей пристрій "рубить" постійну напругу з частотою близько 50 кГц і перетворює її на нижчу напругу. Випрямляч за потоком, що включає вихідний дросель і конденсатор фільтра, забезпечує "чисту" вихідну напругу постійного струму. Схема управління та регулювання, яка подається назад на комутуючий транзистор, підтримує вихідну напругу на постійному рівні, незалежно від комутованого навантаження. Цей принцип може застосовуватися до всіх гілок напруги, таких як 12, 5 або 3,3 В.
Характеристики джерела живлення для настільних ПК
Блоки живлення для настільних комп’ютерів значною мірою підпорядковуються специфікаціям FormFactors.org. Однією з найважливіших специфікацій є Посібник з проектування джерела живлення ATX12V, версія 2.3 якого доступна з березня 2007 року. У ньому вказані всі електричні та механічні параметри блоку живлення. Порівняно з попередньою версією 2.2, для деяких параметрів діапазон напруги був більш точним.
У наступній таблиці наведено допустимі відхилення вихідних напруг від номінального значення блоку живлення. Якщо значення напруги знаходяться в цих межах, на обчислювальну систему не слід негативно впливати. Крім того, специфікації ATX дозволяють залишкову пульсацію вихідних напруг 50 або 120 мВ на відповідних лініях.
Лінія напруги
Відхилення [%]
Хв. [V]
Ном. [V]
Макс. [V]
Пульсація [mVpp]
Версія 2.3 специфікації ATX містить специфікації для джерел живлення від 180 до 450 Вт. Технічні характеристики блоку живлення потужністю 450 Вт рекомендують такі струми для відповідних відгалужень напруги. Однак пікові струми не можна використовувати більше 17 секунд на хвилину. І в цій галузі граничні значення були дещо жорсткішими. Наприклад, FormFactors.org трохи зменшив мінімальний струм на деяких лініях і відповідно збільшив пікові значення струму.
Лінія напруги
Мінімальний струм [A]
Макс. Струм [A]
Піковий струм [A]
Відповідно до специфікацій, джерело живлення ATX все одно повинен нормально функціонувати на первинній стороні в заданих діапазонах вхідної напруги. При номінальній вхідній напрузі 230 В змінного струму напруга може становити від 180 до 265 В змінного струму. У мережі 115 В змінного струму напруга може коливатися від 90 до 135 В змінного струму. Частота не повинна падати нижче або перевищувати пороги допуску 47 та 63 Гц.
Характеристики джерела живлення для серверів
Серверна інфраструктура системи (SSI) дбає про технічні характеристики серверних джерел живлення. Поточний посібник з проектування джерела живлення EPS12V у версії 2.92 поєднує в собі найважливіші технічні характеристики.
У наступній таблиці порівнюються відхилення напруги від номінальних значень різних ліній напруги та залишкової пульсації. Порівняно зі специфікаціями ATX, специфікації EPS для серверних джерел живлення мають значно жорсткіші допуски. Наприклад, для джерел живлення ATX основні напруги можуть відхилятися на +/- 5 відсотків, а у EPS - лише +5 та -3 відсотків.
Лінія напруги
Відхилення [%]
Хв. [V]
Ном. [V]
Макс. [V]
Пульсація [mVpp]
Значення в дужках вказують необов’язкові значення для більш точних допустимих вихідних напруг блоку живлення.
Для того, щоб задовольнити підвищений попит на енергію, специфікації завжди повинні бути адаптовані до потреб ринку та визначати технічні характеристики для більш потужних джерел живлення. Поточна специфікація EPS версії 2.92 для блоку живлення потужністю 950 Вт передбачає струми, перелічені в таблиці для відповідних ліній напруги. Однак пікові струми можуть прийматися від блоку живлення лише протягом 12 секунд.
Лінія напруги
Мінімальне споживання струму [A]
Макс. Споживання струму [A]
Пікове споживання струму [A]
Як і джерела живлення з перемиканням режимів ATX, постачальники живлення EPS-сервера також мають змінний діапазон вхідної напруги. Це від 180 до 264 В змінного струму для мережі напругою 230 В змінного струму та від 90 до 140 В змінного струму для 115 В змінного струму. Частота може варіюватися від 47 до 63 Гц від стандарту 50 Гц.
Ефективність імпульсного живлення
Рідко розглядається параметром в імпульсному блоці живлення є ефективність. Це становить від 60 до 80 відсотків для сучасних моделей. Таким чином, блок живлення витрачає близько п'ятої частини енергії, яка використовується як марне тепло. Наприклад, якщо комп’ютерна система використовує в розетці 500 Вт електричної потужності, на блок живлення виділяється 100 Вт з ККД 80 відсотків. Решта 400 Вт доступні для компонентів комп’ютера як корисна енергія.
Ефективність обчислюється із співвідношення активної потужності на виході та на вході. Чим вище значення, тим ефективніше працює джерело живлення. Поточні технічні характеристики ATX та EPS передбачають ефективність щонайменше 65 відсотків при навантаженні 20 відсотків. При половинному навантаженні постачальник енергії повинен працювати з ефективністю 72 відсотки, а при повних навантаженнях достатньо 75 відсотків. Однак обидві специфікації рекомендують ефективність щонайменше 80 відсотків для цих трьох діапазонів навантаження.
На малюнку зображена типова крива ефективності імпульсного джерела живлення (Cisco 34-0873-01). Пристрій працює відносно неекономічно до приблизно 5 відсотків навантаження з ефективністю від 0 до 60 відсотків. Імпульсний блок живлення досягає найвищої ефективності близько 85 відсотків при навантаженні 50 відсотків. При максимальному навантаженні ефективність падає приблизно до 82 відсотків.
Блоки живлення понад 80 пропонують вищу енергоефективність
Керівні принципи Energy Star 4.0 та нещодавно встановлений стандарт понад 80 є важливою частиною майбутніх джерел живлення. Це стосується конкретно блоків живлення, що використовуються в комп'ютері. Нові технічні характеристики джерела живлення вимагають не лише високого ступеня ефективності, але і кращої якості енергії пристроїв. Якщо блоки живлення відповідають суворим правилам, вони можуть бути прикрашені відповідним логотипом.
Ефективність формується від коефіцієнта вихідної активної потужності до вхідної активної потужності. Чим вищий цей коефіцієнт (в ідеалі 1 або 100 відсотків), тим кращий джерело живлення або ефективність. Чим менша ефективність, тим більше електричної енергії блок живлення перетворює на марну теплову енергію. Раніше комерційні джерела живлення працюють з ефективністю приблизно від 60 до 70 відсотків при 50-відсотковому використанні. Ефективність погіршується, якщо блок живлення працює за межами відсоткового значення.
Регламент 80 плюс передбачає, що внутрішні настільні джерела живлення не повинні падати нижче 80 відсотків ефективності при 20, 50 та 100 відсотків електричного навантаження на розподільник енергії. Для того, щоб отримати сертифікат понад 80 для блоку живлення, виробник повинен перевірити ці значення на 80plus.org. Дані випробувань записуються у звіт про випробування та публікуються на веб-сайті.
Порівняно з попередніми внутрішніми настільними джерелами живлення, ефективність у 80 відсотків може бути досягнута лише за допомогою точних контурів управління в імпульсному блоці живлення та за допомогою компонентів з дуже вузькими допусками. Ці заходи відповідно збільшують виробничі витрати для такого ефективного блоку живлення.
Більша ефективність: якість замість кількості
Ефективність 80 відсотків має кілька позитивних побічних ефектів. Перш за все, блок живлення виробляє менше марної енергії в порівнянні зі звичайними блоками живлення з такою ж активною потужністю. Це призводить до постійно знижених витрат на електроенергію для користувача. Крім того, виробник ПК або користувач може використовувати блок живлення, що має нижчу номінальну потужність.
Ще однією перевагою високої ефективності є нижчий тепловий розвиток в енергопостачанні. Крім усього іншого, це впливає на життя як на електричні, так і на механічні компоненти.
На додаток до ефективності, споживання напруги відіграють важливу роль у джерелах живлення. Вони з’являються, коли імпульсний блок живлення працює «неправильно». Це створює гармонічні струми, які спотворюють напругу мережі. Це призводить до посилення перешкод споживачам і збільшує електричні втрати в блоці живлення. Крім того, споживачам, що працюють нижче за течією, доводиться мати справу з цими проблемами.
Ці небажані спотворення напруги можна компенсувати лише за рахунок більшої діелектричної міцності компонентів, таких як конденсатори та напівпровідники, а також за допомогою відповідних фільтрів. Зазвичай це пов'язано з більшими витратами на блок живлення.
Так званий коефіцієнт потужності (PF) або коефіцієнт потужності блоку живлення також враховує специфікації 80 плюс. Коефіцієнт потужності - це відношення активної потужності (P) у ватах до видимої потужності (S) у ВА. 80plus.org прописує коефіцієнт потужності більше 0,9 для відповідного блоку живлення понад 80, коли пристрій використовується на 100 відсотків.
Комбінована влада: теорія
Звичайні джерела живлення для серверів, робочих станцій або настільних комп'ютерів забезпечують три основні напруги 12, 5 і 3,3 вольта. Вони також мають додаткові допоміжні напруги, такі як -5, -12 та 5-вольт в режимі очікування. Для економії зусиль ланцюга і, отже, витрат, контур управління напругою + 3,3 вольта і + 5 вольт спільно використовує котушку вихідного трансформатора (комбінованої потужності) з більшістю комерційних постачальників енергії.
Це означає: Якщо вихідне навантаження збільшується на одній гілці напруги, одночасно зменшується максимальне вихідне навантаження на іншій лінії. Таким чином, такі компоненти, як вставні плати або накопичувачі, що живляться 5-вольтною лінією, також впливають, наприклад, на наявність вимог до потужності процесора на 3,3-вольтовій лінії. Ця пряма залежність двох гілок напруги може призвести до нестабільності системи за певних обставин, коли максимальне навантаження вичерпано.
З цієї причини покупець блоку живлення повинен ретельно перевірити, чи має блок живлення "комбіновану потужність" і як виробник розподіляє дані про ефективність на окремі гілки. Слід зазначити, що максимальна сумарна потужність двох гілок напруги 3,3 вольт і 5 вольт із сумісною потужністю значно нижча, ніж окремі суми ліній.
Комбінована влада: практика
На прикладі нашої таблички для блоку живлення будьте тихими! Dark Power Pro з Лістану показує, що розетка на 3,3 вольта забезпечує 24 А електроенергії, а 5-вольтова лінія також забезпечує 30 А. Це 79,2 або 150 Вт. Виробник визначає загальну потужність максимум 170 Вт для двох гілок разом, а не 230 Вт, що є результатом суми окремих гілок. При поєднаній потужності гілки напруги обмежують одна одну. Наприклад, якщо одна лінія сильно навантажена, інша має менше енергії.
Це можна виправити за допомогою окремих котушок трансформатора, які доступні для кожної окремої напруги, включаючи контур управління. Вони можуть експлуатуватися з максимальним номінальним навантаженням, вказаним на паспортній табличці. Тоді обмежувальним коефіцієнтом є лише загальна потужність, яку видає блок живлення згідно із виробником.
Корекція коефіцієнта потужності (PFC)
Основним недоліком імпульсного джерела живлення є споживання струму на вході у вигляді коротких імпульсів. Амплітуди випрямляча у вхідній ланцюзі в рази перевищують постійний струм, що подається на виході. Ці нелінійні струми, посилені індуктивностями та ємностями, спричиняють спотворення та деформації синусоїдальних коливань на вході. Крім того, існує велика частка небажаних гармонік, які викликають електромагнітні перешкоди. Як результат, блоки живлення інших пристроїв можуть почати гудіти, або це може негативно вплинути на прийом телевізора та телефону. Ці порушення також є серйозною проблемою для постачальників електроенергії, оскільки вони повинні забезпечувати змінний струм постійної якості для кожного користувача.
Для того, щоб згладити ці недоліки, виробники оснащують блоки живлення так званою схемою корекції коефіцієнта потужності (PFC). Це повинно отримувати майже лінійну напругу від мережі і вести себе більш-менш як омічне навантаження, тим самим уникаючи мережевих порушень.
Пасивний PFC використовує дросель індуктивності та конденсатор як низькочастотний фільтр низьких частот. Вони гасять піки напруги, що виникають, і одночасно пригнічують гармоніки. Індекс коефіцієнта потужності становить від 0,7 до 0,8. Крім того, необхідно використовувати громіздкі конденсатори та котушки, оскільки вхід джерела живлення працює на низькій частоті від 50 до 60 Гц.
Активний PCF досягає значно кращої корекції коефіцієнта потужності від 0,9 до 1. Тут використовуються активні компоненти, такі як мікросхеми або тиристорні схеми, для регулювання споживання струму так, ніби підключено омічне навантаження. Крім того, активна схема управління PFC забезпечує широкий діапазон змінної вхідної напруги від 85 до 265 В змінного струму. Таким чином, активний PFC пропонує вищий ступінь ефективності, кращу сумісність з електромагнітною сумісністю, малі розміри та широкий діапазон управління в порівнянні з пасивним аналогом. Однак ці переваги купуються за вищою ціною.
Захисні функції джерел живлення
Для безпечної роботи імпульсних джерел живлення технічні характеристики рекомендують серію захисних ланцюгів, які відключають джерело живлення в аварійних ситуаціях. Обмеження струму є одним з найважливіших захисних заходів. Це повинно бути вбудовано в кожну гілку напруги. Обмеження струму активується, коли певні обмеження струму перевищуються на виході блоку живлення. Сюди також входить коротке замикання, яке має компенсувати постачальник енергії при його виникненні.
Захист від перенапруги - ще один захід безпеки, щоб уникнути пошкодження чутливих компонентів комп'ютера. Подібно до обмеження струму, ланцюг у гілках напруги вимикає джерело живлення при досягненні певних порогових значень.
Для запобігання перегріву блоковані блоки живлення мають вентилятори з регульованою температурою та вбудовані датчики температури, які вимикають блок живлення при досягненні заданої граничної температури. Контур термозахисту захищає від термічного руйнування пристрою, особливо у випадку великого споживання енергії або відмови вентилятора джерела живлення.
Для захисту джерела живлення від невизначених станів управління, коли входи не завантажені, виробники оснащують імпульсний блок живлення так званою функцією холостого ходу. Це розпізнає входи розімкнутого роз'єму і приводить джерело живлення у вимкнений стан, поки не буде підключено навантаження.
Блоки живлення та електроенергія
Попит на комп’ютерні системи в електроенергії надзвичайно зріс за останні роки. Не в останню чергу завдяки все більшим тактовим та потужнішим процесорам та графічним чіпам. Відповідно, блоки живлення повинні забезпечувати більше електричної енергії. Наступна таблиця дає приблизний огляд вимог до потужності окремих компонентів у прикладі системи: