Забираемся внутрь блока питания, чтобы понять, какие из них хороши

Мой Компьютер, №05 (509), 16.06.2008

Ответ вы уже давно знаете. Конечно, компьютер не может работать без хорошего блока питания. И этот вопрос уже рассматривался на страницах МК, однако прогресс не стоит на месте. Появляются новые процессоры, видеокарты, платы расширения и прочее. И что бы нам не рассказывали представители производителей «железа», мы-то отлично видим, что аппетиты производительных систем только растут. Четыре ядра кушают вдвое больше, чем два, и вчетверо больше, чем одно. Уменьшение техпроцесса помогает, но не решает проблему полностью. О том, что творится с видеокартами из топ-сегмента, даже вспоминать неохота. Ну, допустим, Radeon HD 2900 XT мы забыли, как страшный сон (учитывая то, что подавляющее большинство компьютеров уже на протяжении нескольких лет комплектуется блоками питания с номинальной мощностью 350-400 Ватт, потребляемые этой видеокартой 205 Вт только кошмаром и можно назвать). Но ведь вышли двухчиповые карточки GeForce 9800 GX2 и Radeon HD 3870 X2. А на подходе — еще более прожорливые новинки. Но это пока секрет, ждем, пока производитель (не скажу какой) снимет эмбарго на распространение информации (не скажу о чем)… Впрочем, в Интернете уже достаточно слухов о новом GeForce 280 GTX, энергопотребление которого предположительно будет составлять 150 Вт.

Radeon HD 2900 XT – пока что самая прожорливая видеокарта в истории РС

А ведь из него могут и «бутерброд» сделать. Наподобие 9800 GX2…

Впрочем, и без страшилок нам есть куда расходовать постоянный ток, производимый блоком питания. Многие не спешат расставаться со старыми винчестерами и прилежно «пакуют» их внутри корпуса, чтобы использовать по прямому назначению — в качестве хранилища для архива фильмов, программ, игр. Учитывая ту скорость, с которой падает стоимость гигабайта объема на жестком диске, нетрудно понять, почему современный юзер стал настолько ленивым, что больше не «нарезает» DVD-болванки. Опять-таки, говорю за себя, мне возня с оптическими дисками надоела еще год назад. Как минимум. Подозреваю, что у вас та же ситуация.

Универсальные коробки – зло. Не понять, 850 Вт перед нами или 1200, да и про соответствие международным стандартам никто ничего не пишет

Но — хватит разводить околовсяческие рассуждения. О новых видеокартах напишем, как только они появятся в редакции, да и про винчестеры у нас отдельный материал тоже запланирован. Сегодня же основная наша цель — освежить в памяти все то, что эрудированный юзер должен знать о блоках питания. В первую очередь, о мощных блоках питания. А в качестве ненаглядного пособия возьмем серию БП Chieftec Super, состоящую на данный момент из трех моделей — 850, 1000 и 1200 Вт. Кстати, «киловаттник» уже присутствовал в одном из недавних тестов, но, правда, на вторых ролях. Сегодня устроим ему бенефис.

Дуракам закон не писан

А вот остальным — писан. Это правило работает практически всегда, но если в отношении того, что мне, например, на рабочем месте запрещено жевать бутерброды, я скажу «развели тут бюрократию, понимаешь», то регламентация различных технических характеристик — дело нужное и важное. Главное, чтобы все эти правила соблюдались производителем. Ну, и пользователю не помешает знать что к чему, и по мере необходимости «подглядывать» в эту шпаргалку.

Схема простейшего трансформаторного блока питания

В отношении блоков питания на данный момент существует несколько сводов технических правил, среди которых можно выделить два: ATX12V Power Supply Design Guide и SSI EPS12V Power Supply Design Guide. Они находятся в свободном доступе. Кому интересно, можно скачать pdf-версии по адресам: www.formfactors.org/developer%5Cspecs%5CATX12V_1_3dg.

pdf и ssiforum.oaktree.com/pdfs/EPS12VSpec2_91.pdf. Проблема лишь в том, что производители не спешат поведать миру о том, какую замечательную сертификацию прошел их продукт по своей прямой «профессии». Зато о соответствии экологическим нормам RoHS (то есть, о том, что в изделии не используется свинец и другие тяжелые металлы), офисной эргономике FCC и прочей ерунде повествуют логотипы, которыми разрисована коробка любого мало-мальски приличного бренда. А вопрос соответствия тем или иным нормам важен не только для того, чтобы иметь уверенность в честности производителя. Указанные выше ATX12V и EPS12V заметно различаются. Например, первый допускает отклонения напряжения на отдельных линиях до 10%, а EPS12V — только от 3% до 5%. Сами понимаете, разница есть, а при общей мощности блока питания, равной 1000 и больше Ватт, эти лишние 5% допуска уже имеют заметный вес.

Схема простейшего импульсного блока питания

Впрочем, за сегодняшнего нашего героя можно не переживать, окольными путями удалось выяснить, что Chieftec CFT-1000G-DF и его «коллеги» прошли сертификацию по обоим стандартам. Косвенно на это указывает еще один логотип — «80 plus». Это не награда за какие-нибудь заслуги, а добровольная сертификация (www.80plus.org). Но среди производителей блоков питания уже пошла мода на то, чтобы подчеркивать класс своих изделий при помощи одного этого простого параметра — КПД. Нетрудно догадаться, что «80+» означает КПД, равный 80 или более процентов, а это является очень хорошим показателем для устройства преобразования переменного тока в постоянный и заодно характеризует высокое качество устройства в целом. Дешевые блоки питания (обычный китайский «no-name» и даже просто бюджетная продукция известных брендов, прежде всего идущая на ОЕМ-рынок) имеют КПД на уровне 65-75%.

Если вы еще не забыли школьные уроки физики, то уже поняли что к чему. Ну, а для самых маленьких читателей МК поясню: КПД показывает, какую часть полученной из розетки энергии блок преобразует в постоянный ток и передаст дальше — аппаратной «начинке» компьютера. А оставшиеся до 100% Ватты (что характерно, помноженные на часы, которые компьютер отрабатывает) улетают в атмосферу в виде тепла. Если, допустим, нашему компьютеру требуется 300 Вт энергии, то при КПД 65% потери составят 35%, или 105 Вт! Лучшие образцы БП с наклейками «80+» имеют КПД 85%, а значит, с ними мы теряем только 15% электроэнергии. Или 35 Вт в нашем случае. Если заменить низкокачественные блоки новыми, имеющими высокий КПД, можно сэкономить 1/5 (или 20%) электроэнергии.

Наклейка на блоке лаконична, но функцию свою исполняет

Кому цифра в 20% покажется маленькой, зайдите к своему начальнику или спросите у родителей, сколько их офис платит за электричество. Когда увидите сумму, покажите им эту статью (а вашу прибавку к зарплате, если план сработает, делим пополам).

Отсюда же, кстати, и проблемы с охлаждением. Очевидно, что чем ниже КПД, тем «горячее» будет блок питания, и тем активнее его надо охлаждать. А активное охлаждение — это всегда компромисс между эффективностью, эргономикой и шумом. Впрочем, с киловаттными БП особого выбора у производителей нет, если бы Chieftec CFT-1000G-DF имел КПД 65%, его приходилось бы охлаждать жидким азотом.

Не надо забывать и еще об одной тонкости. Максимальный КПД современные блоки питания выдают при 50-70% мощности. При этом эффективность падает как при движении в сторону максимальной нагрузки, так и наоборот. Поэтому ставить киловаттный блок питания с наклейкой «80+» на офисную «рабочую лошадку» не стоит. Мало того, что это будет неоправданно дорого, так и заявленные 80% КПД при 20-30% нагрузки не получатся ну никак.

Начинка

Раньше практически все блоки питания выглядели так или примерно так

Современные компьютерные блоки питания работают по импульсному принципу. В отличие от трансформаторных БП, в таких устройствах непосредственно сам трансформатор вступает в работу уже после того, как ток преобразован из переменного в постоянный. Вернее, в «условно постоянный», поскольку «сырой» ток при помощи специального генератора аккуратно «нарезается» на прямоугольные импульсы заданной частоты (от 10 кГц до 1 МГц). А чем выше частота, тем меньшим может быть сам трансформатор. Правда, при этом возникает другая проблема, «импульсный» ток все равно не является постоянным. Поэтому на выходе из трансформатора его выпрямляют при помощи попеременно подключаемых конденсаторов (их должно быть, как минимум, два). Сперва подключается на зарядку один конденсатор, а другой медленно (относительно медленно, конечно) отдает свой заряд на выход. На следующий импульс конденсаторы меняются ролями, и разряженный становится на зарядку, а заряженный, «отцепившись» от трансформаторной обмотки, продолжает снабжать компоненты компьютера нужным количеством вольт и ампер. Переключения происходят очень быстро (см. частоту прямоугольных импульсов), поэтому для компьютера они практически незаметны. Но из этого следует, что к качеству деталей и сборки импульсных БП предъявляются гораздо более высокие требования.

120- или 140-мм вентилятор на нижней стенке – отличный вариант для БП средней мощности	Если мне не изменяет память, у блоков Tagan стоит два вентилятора диаметром 80 мм – на вдув и на выдув, друг напротив друга	Если кому-то не хватит шнуров, то даже не знаю, что и сказать

Нам, простым смертным, знать особенные подробности ни к чему. Но из вышенаписанного важно выделить основные «узкие места» блоков питания импульсного типа, с которыми могут быть проблемы.

Молекс как молекс. Его все знают

Первым делом отметим сами конденсаторы. Из-за экстремального режима работы (минимум — 5 000 циклов зарядки-разрядки в секунду!) они являются первыми кандидатами на выход из строя. Причем, чем больше частота и амплитуда импульсов (а в итоге — выдаваемая блоком мощность), тем сильнее нагрузка на них. Вторым на очереди стоит транзистор, спаренный с генератором импульсов. Но у него ситуация диаметрально противоположная — если с первичной обмотки трансформатора не будет сниматься некоторый минимальный ток, этот транзистор «застопорится», что чревато «пробоем». В переводе с электротехнического это означает короткое замыкание. Со всеми вытекающими последствиями. Впрочем, волноваться не стоит, поскольку все нормальные БП оснащены хотя бы элементарной защитой от запуска без нужной нагрузки.

Для обоих названных элементов критическим является и такой параметр, как температура (чем она выше, тем легче «пробиваются» транзисторы, тем выше опасность скоропостижной гибели конденсаторов, да и КПД падает). По-хорошему, все блоки питания нужно подвергать стресс-тесту хотя бы при 30-ти градусах по Цельсию (а если уж совсем по правилам, то во всем диапазоне от 0 градусов до 45), но не факт, что наши китайские братья по разуму следуют всем заветам EPS12V. И если им взбредет в голову назвать номинальной мощностью ту, которую БП может выдавать при 20 градусах, покупатель «ноу-нейма» к лету может получить замечательный сюрприз в виде постоянно глючащего компьютера. Это — в лучшем случае. Так что, по возможности, неизвестные бренды игнорируем.

Плохому БП импульсы мешают

Как ни странно, но компьютерный БП уже сам по себе может быть источником серьезных помех как в электросети, так и на выходных линиях. Причиной первой напасти является грубая схема выпрямления переменного тока, которая в моменты «переключения» диодов на диодном мостике создает реактивные токи. В результате могут мигать лампочки, ломаться бытовые приборы, но главное — заметно снизится эффективность блока питания. Лечится это специальным блоком — PFC (Power Factor Correction, коррекция коэффициента мощности). Они могут быть пассивными (дешево, но не особо эффективно) и активными (дороже, но зато эффективность может достигать 99%). По понятным причинам на блоках высокой мощности встретить пассивный PFC очень сложно, ну, а активными производитель не забудет похвастать (убеждаемся на примере наклейки на Chieftec CFT-1000G-DF). Стоит заметить, что эффективность PFC надо накладывать на КПД самого блока питания. Так что, в итоге, более дорогое устройство может запросто окупиться за счет разницы в счетах на электричество.

Четырёхпиновый PCI-E

Внутренние помехи (а правильнее называть их пульсациями) вызываются как несовершенством схем самого блока питания (переключение между конденсаторами, помним), так и реактивными токами от различных устройств. Прежде всего, конечно, смотрим на видеокарты и процессоры. Если в спокойствии система питания новенького энергоэффективного Core 2 Quad 9ХХХ потребляет (а процессор, соответственно, рассеивает) до 10 Вт, то в момент перехода к активным вычислениям (допустим, 90 Вт) нагрузка на линию +12 В будет заметной. Винчестеры, оптические приводы, сетевые карты и прочая ерунда тоже могут вызывать всплески напряжения, но уже гораздо менее заметные.

Слева восьмипиновый коннектор, собранный из двух четырёхпиновых

Бороться с этим можно прежде всего качеством управляющего транзистора и генератора импульсов в самом БП: чем оперативнее они отреагируют на изменение нагрузки, тем быстрее «рассосется» вредоносный импульс. Автоматически, чем выше частота импульсов на трансформаторной обмотке, тем быстрее сработает вся схема. Тоже прямое указание на то, что БП лучше всего использовать в диапазоне нагрузок от 50 до 70%. Теоретически было бы хорошо «гнать» частоту импульсов еще выше, но чем это грозит, мы уже знаем на примерах процессоров. Греются, глючат и в итоге — ломаются.

Венеция!

В любом компьютерном блоке питания (начиная с появления форм-фактора ATX) должно быть несколько выходных каналов. Их характеристики приведены на наклейке, которая обычно расположена на боковой стенке блока питания. Ну, а наклейку эту должен был видеть любой, кто хоть раз заглядывал внутрь системного блока.

SATA-питание

Посмотрим на наш образец. Указан вольтаж и сила тока для каналов +5, +3.3, +12, -12 и дежурного канала +5 Вольт. Кроме того, канал +12 В разделен на четыре виртуальных канала. Почему не сделали один мощный канал +12 В? Причина проста: защита «от дурака». По принятому стандарту безопасности мощность на одном канале, который end-user может замкнуть своим пальцем, не должна превышать 240 Вольт-Ампер. Тут, правда, немного не вписываются каналы +12 В с силой тока по 25 Ампер, а как известно, мощность можно получить простым перемножением силы тока на напряжение, и тогда мы получим 300 ВА. Похоже, производители считают, что «чайники» не покупают киловаттные блоки питания.

Стандартный 24-пиновый выход. Вариант трансформации в 20-пиновый уже не актуален

О суммарных ограничениях особо долго говорить тоже не придется. Если сложить теоретическую мощность всех каналов +12 В (240+240+300+300), получится 1080 ВА, но на самом деле указанные в таблице силы тока можно получить только при подключении одного-двух-трех каналов. А поскольку у всех четырех линий +12 В «ноги» растут из одного и того же места, то при подключении всех сразу поверх искусственного ограничения (20-25 А на канал) в силу вступит естественное ограничение — физические возможности 12-вольтного преобразователя.

Красавец

То же самое относится и к блоку в целом. Мощность всех каналов вместе взятых ограничена возможностями первичного выпрямителя, генератора импульсов и управляющего транзистора. Обычно именно эту мощность и выносят в качестве номинальной мощности блока, а ниже в табличке указывают пиковую мощность. Ту, при которой блок питания еще может проработать некоторое время (иногда даже достаточно долгое), но производитель не гарантирует, что в конце концов при таком режиме его продукции не наступит кирдык. Кстати, Chieftec не указывает пиковую мощность. Не то чтобы большой недостаток, но излишнюю тягу к конспирации мы осуждаем.

Ближе к телу

Осталось рассмотреть несколько субъективно-объективных параметров, по которым нужно выбирать себе блок питания. И тут уже гораздо удобнее показывать все на живом примере (пока еще живом, поскольку коллеги из Hi-Tech уже собрались организовывать SLI из трех GeForce 280).

Долго думал, какой параметр (из оставшихся) выбрать самым главным, и остановился на размерах БП. Как мне кажется, вполне логично, поскольку если блок питания не влезает в ваш системник, то и покупать его нет смысла :-). Два из трех линейных размеров (ширина и высота) для каждого БП стандарта ATX одинаковы — 150х86 мм (причины очевидны). А вот в глубину они могут варьироваться в довольно больших пределах. Chieftec CFT-1000G-DF «растянулся» на целых 220 мм, но у него есть разумное оправдание — и дело не только в мощности.

Для самых отчаянных энтузиастов и геймеров

Всю схему даже очень мощного БП можно уместить и в меньшем корпусе, но тогда остро встанет проблема охлаждения. Вернее, мы снова придем к старому вопросу: что важнее — компактность или тишина? Chieftec думает, что тишина все-таки важнее, поэтому в дополнение к низкооборотистому 140-мм вентилятору на нижней стенке (на вдув) в Chieftec CFT-1000G-DF установлен 80-мм низкооборотистый вентилятор на задней (на выдув). Из-за меньшего вентилятора БП как раз и «вырос» в длину, однако такая схема позволила получить практически бесшумную работу при нагрузке до 50% от номинала. Слышно только шелест выдуваемого воздуха — и то, если наклониться к БП поближе.

Вторым критически важным эргономическим параметром любого БП является набор шнуров и коннекторов, которыми он снабжен. Сейчас уже трудно представить себе блок, у которого не предусмотрены «прицепные» шнуры, причем на всех шнурах имеется нейлоновый кожух (самые продвинутые производители вообще запаивают шнуры +12 В с силой тока 25 А в силикон — удобно: во-первых, сразу видно, где 20, а где 25 А, а во-вторых, силикон не цепляется за острые углы карт расширения и прочий внутрикомпьютерный рельеф).

У Chieftec CFT-1000G-DF (равно как и у обоих его собратьев) набор шнуров получается более чем достаточным. Намертво к блоку прикручен шнур с 24-пиновым коннектором основного питания материнской платы, восьмипиновый PCI-E, два шестипиновых PCI-E, один четырехпиновый PCI-E оригинальной конструкции (при необходимости из него получается полноценный восьмипиновый), один шнурок с тремя «Молексами», еще один — с тремя коннекторами для SATA-приводов и очень полезный (без сарказма) коннектор для корпусного вентилятора. Дополнительно можно прицепить еще по два шести- и восьмипиновых PCI-E (значит, теоретически можно сооружать 3-Way SLI из GeForce 9800 GX2, которые, к сожалению, поддерживают только обычный SLI, или 4х CrossFire из Radeon HD 2900 XT, которые все равно занимают по два слота и ни в одну материнскую плату вчетвером не поместятся). Но главное — это наличие шнуров под дополнительные шесть PATA-устройств и еще шесть SATA. Любителям RAID-массивов и просто коллекционерам HDD будет, где разгуляться :-).

Остался еще один немаловажный фактор — внешность блока питания. И пускай оценку этого параметра я, как обычно, оставляю на ваше личное усмотрение, замечу, что пренебрегать красотой этого устройства не стоит. Особенно в том случае, если корпус имеет прозрачную боковую стенку, а для производительных игровых систем (в каковой киловаттному блоку самое место) это важно вдвойне.

P.S. Не стоит пытаться самостоятельно «тестировать» блоки питания без специального нагрузочного стенда. Встроенные датчики отличаются поразительной неточностью, да и адекватно регулировать нагрузку у вас тоже вряд ли получится. В лучшем случае можно будет вычислить разве что откровенно бракованное устройство. Полноценную картину поведения блока питания «в боевых условиях» можно получить только на нагрузочном стенде, которым пока не обзавелся даже наш тестлаб (хотя процесс добычи сего важного девайса идет). Значит, пока будем надеяться на честность известных производителей и рейтинги немецкой компании TUV, занимающейся проверкой на надежность и соответствие нормам всего подряд — от таблеток до реактивных самолетов.

Кстати, у нашего Chieftec CFT-1000G-DF на наклейке, прямо под логотипом «Active PFC», нарисована печать TUV. Насколько могу судить по двум месяцам работы с этим БП, немцы не врут.

P.P.S. Стоит киловаттное удовольствие не так уж и мало — примерно 180 долларов. Впрочем, если вам хватит 850 Вт, можно сэкономить целых 30 долларов. Chieftec CFT-850G-DF отличается от старшего брата только максимальной мощностью.

Bateau