Компьютерные блоки питания — как это работает?

16.05.2022

Блок питания является основополагающим компонентом ПК, от которого напрямую зависит здоровье и долголетие процессора, видеокарты и особенно дисков. Казалось бы, БП всего лишь понижает напряжение с розеточных 220 вольт до требующихся компьютеру 12 В. На самом же деле, электрический ток внутри БП проходит множество преобразований, фильтраций и стабилизаций. Прибавьте к этому всевозможные механизмы электрозащиты — и получите по-настоящему технически сложное устройство. Что именно находится внутри БП, и как эти детали влияют на его надежность и функциональность, мы доступным языком расскажем в этой статье, на примере модельного ряда немецкого бренда be quiet!.

Фильтр помех, реле и варистор. Чтобы не создавать электромагнитные помехи другим устройствам, подключенным к домашней или офисной электросети 220 В, а также не страдать от аналогичных помех от других приборов (например электросварки), на входе блока питания установлен электромагнитный фильтр. Состоит он из конденсаторов и дросселей. Здесь же может быть дополнительно установлено реле, полностью размыкающее связь внутренней электроники с розеткой, когда БП выключен. А также варистор для защиты от сильных скачков напряжения и даже ударов молнии. Но эффективен варистор только в том случае, если розетка правильно заземлена.

Диодный выпрямитель. Следом за ЭМП-фильтром всегда следует сборка из нескольких диодов или готовый диодный мост. Его задача — превратить переменный ток в постоянный, путем сглаживания синусоиды. Ток в розетке 220 В, напомним, является переменным с частотой 50 Гц. Рядом распаивается дежурный модуль питания, который всегда находится под напряжения и выводит компьютер из спящего режима. Именно поэтому даже выключенный, но не обесточенный БП, потребляет немного электричества.

be quiet! System Power 9 400W — представлитель младшей серии блоков питания немецкого бренда. Кабели, как правило, не съемные, но существует слегка улучшенная полумодульная подсерия CM. Награждена бронзовым сертификатом энергоэффективности, хотя благодаря КПД 89 % ближе уже к золотым моделям. Умеет работать только в 220-вольтовых электросетях, что, впрочем, в наших краях не является проблемой.

Основана на электронной платформе компании HEC с активной коррекцией реактивной мощности и раздельной стабилизацией низковольтных линий. Основная линия +12 вольт разделана на две подлинии — для питания процессора и видеокарты соответственно. Суммарная мощность по всем линиям даже больше заявленных производителем 400 Вт. Так что БП можно смело сравнивать с 500-ваттными моделями других брендов.

Модуль APFC. Вместо малоэффективного пассивного модуля коррекции реактивной мощности сейчас преимущественно используется более прогрессивный активный PFC. Его задачей является минимизация обратного оттока электричества в сеть, для снижения расхода впустую. Состоит Active PFC из трансформатора, транзисторов и ШИМ-контроллера. Именно технология APFC позволила повысить КПД блоков питания до 80 – 85 процентов, что соотвествует сертификатам 80 PLUS White и Bronze.

Удерживающий конденсатор. Крупный и зачастую ярко окрашенный электрический конденсатор, пожалуй, является наиболее заметным компонентом БП при беглом взгляде. Его задача сделать подачу питания стабильной, нивелировав просадки напряжения и даже кратковременное полное отключение электричества. Флагманские модели БП, благодаря конденсатору большой емкости или даже сразу двум, имеют время удерживания до 20 миллисекунд. К примеру, отсветительные лампы в комнате могут мигнуть, а компьютер продолжает безотказно работать.

Даже японские высокотемпературные конденсаторы (до 105 градусов Цельсия, производства Nippon, Nichicon, Rubycon, Hitachi) со временем изнашиваются и требуют замены. А менее выносливые тайваньские (Teapo, CapXon, Elite, Ltec, Suscon) и, тем более, китайские (ChengX, JunFu, AsiaX, до 85 градусов) могут вздуться уже спустя пару-тройку лет. Особенно в случае длительного перегрева БП по причине сильной запыленности.

be quiet! Pure Power 11 FM 550W — серия Pure Power прошла многолетнюю трансформацию от немодульных БП сначала к полумодульным, а затем и полностью модульным. В процессе сменилась и электронная начинка: вместо FSP теперь применяется CWT с золотым КПД. Конденсаторы остались тайваньскими низкотемпературными до 85 градусов Цельсия. Впрочем, БП греется слабо, так что об износе электролитов можно не беспокоиться.

За охлаждение отвечает фирменный вентилятор be quiet! на подшипнике с винтовой нарезкой. Они долговечнее и тише, благодаря лучшей центровке, чем обычная втулка, которая применяется в младшей серии БП be quiet! System Power 9. Кабели сделаны в форме плоской податливой лапши, что способствует их аккуратной укладке. Коннекторов видеокарты четыре штуки для подключения двух предфлагманских GPU.

Понижающий трансформатор. Наиболее крупная, а в случае БП мощностью 850+ Вт — очень крупная деталь. Во-первых, трансформатор понижает напряжение с 230 до 12 вольт. Во-вторых, отделяет высоковольтную и низковольтную части схемотехники БП методом гальванической развязки. Проще говоря, чтобы сильный скачок напряжения или молния, даже если не спасет вышеупомянутные реле и варистор, не нанесли вреда компьютерным компонентам. Как правило, именно понижающий трансформатор является наиболее горячим компонентом БП (вплоть до 100 градусов).

Низковольтный преобразователь DC-DC. Обычно выполненная на отдельной печатной плате с вертикальным монтажом группа транзисторов, дросселей и электролитических конденсаторов, отвечающая за преобразование 12-вольтовой линии в +5 и +3.3 В. У совсем уж бюджетных, а также устаревших БП, может быть упрощенная групповая стабилизация. Это сулит большими отклонениями выходного напряжения, что сулит потенциальными битыми секторами на жестких дисках. Кроме того, высокоэффективная DC-DC стабилизация позволила повысить КПД до стандарта 80 PLUS Gold и выше (92+ процента).

be quiet! Straight Power 11 Platinum 650W — предтоповая серия блоков питания, которая, пожалуй, наиболее точно соотвествует слогану бренда «будь тихим!». До половины нагрузки на БП от максимальной, шум вентилятора не превышает 10 дБ, что вообще не различимо на слух с расстояния полуметра. Еще бесшумнее только пассивные и полупассивные БП, но они все же подвержены риску перегрева конденсаторов по причине полного отсутствия обдува.

Вертушка представлена фирменной be quiet! Silent Wings 3 диаметром 135 миллиметров и со сверхдолговечным HDB-подшипником. Серия БП Straight Power 11 делится на две подсерии: золотую и платиновую, с коэффициентом полезного действия до 92 и 94 процентов соответственно. Линия +12 В разделена аж на четыре независимые подлинии для лучшей стабилизации напряжения: для двух процессоров и двух видеокарт соответственно.

Охлаждение и защиты. Полностью безвентиляторные БП встречаются редко — это либо флагманские модели 80 PLUS Platinum и Titanium (мощностью до 700 Вт), либо ультракомпактные Pico-ATX (до 200 Вт). Чаще применяется либо всегда активное охлаждение, либо полупассивное, запускающее вентилятор только после превышения определенной нагрузки (например, 30 процентов от максимальной мощности). Управляет скоростью вертушки либо примитивный термодатчик, либо умная микросхема. Она же аварийно отключает БП в случае короткого замыкания, перегрева, перегрузки и чрезмерных скачков напряжения.

Вентиляторы диаметром 12 или 13.5 сантиметров могут основываться на простейшем подшипнике скольжения (до 20 тысяч часов наработки), чуть более долговечном нарезном или подшипнике качения (в среднем 50 тысяч часов), или максимально износоустойчивым гидродинамическом (150+ тысяч). Важно не путать гидродинамический подшипник с гидравлическим. Вторый термин — это маркетинговая уловка, ведь им можно назвать любой, даже простейший, подшипник.