• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Блоки живлення

План

6.7 Блоки живлення

6.7.1 Призначення та принципи роботи блоків живлення

6.7.2 Параметри блоків живлення

6.7.3 Вдосконалена система управління живленням

6.7.4 Джерело резервного та безперебійного живлення

6.7.5 Стандарти та сертифікати блоків живлення

Час:2 год.

Література: [2, 3].

6.7.1 Призначення та принципи роботи блоків живлення

Комп’ютерний блок живлення – блок живлення (вторинне джерело живлення), призначений для забезпечення вузлів комп’ютера електричною енергією постійного струму.

У завдання комп’ютерного блоку живлення входить перетворення мережевої напруги до заданих значень напруги живлення, її стабілізація та захист від незначних завад з боку електричних мереж живлення. Блок живлення перетворює мережеву змінну напругу 220 В, 50 Гц (120 В, 60 Гц) в постійні напруги +3,3, +5 і +12 В.

Також, забезпечений вентилятором, він бере участь в охолоджуванні системного блоку.

Найпоширенішими типами блоків живлення персонального комп’ютера є блоки живлення стандарту ATX (рис. 2.6.). Компанія FSP Group (Fortron/Source Power) є великим і дуже відомим на наших просторах виробником джерел живлення. Невисока вартість і досить якісне виготовлення – це головні переваги, які характерні для продукції цієї компанії. Крім того, джерела живлення виробництва FSP можна зустріти під емблемами торгових марок Nexus, Zalman і OCZ.

Включення та виключення живлення таких блоків знаходиться під контролем системної плати, що забезпечує підтримку режиму очікування.

Габаритні та приєднувальні розміри блоків живлення типу ATX уніфіковані, що дає можливість проводити їх заміну без додаткових труднощів.

Блок живлення для портативних персональних комп’ютерів (ноутбуків), зазвичай, застосовується для зарядки акумуляторних батарей, а також для забезпечення ноутбука живленням без акумулятора. За типом виконання, блок живлення ноутбука найчастіше виконаний у вигляді зовнішнього блока. На зовнішні блоки живлення ноутбуків немає єдиного стандарту, і самі блоки зазвичай не є взаємозамінними, тож, виробники ноутбуків часто використовують різні роз’єми живлення.

Основним параметром комп’ютерного блоку живлення є максимальна потужність, що споживається з мережі. В наш час існують блоки живлення із заявленої виробником потужністю від 50 (вбудовані платформи малих форм-факторів) до 1600 Вт.

Другим за важливістю параметром є напруга живлення від електричної мережі (100-127 В у Північній Америці, Південній Америці, Японії і на Тайвані, 220-240 В в іншому світі). Деякі джерела живлення мають перемикач зміни вхідної напруги від 230 В до 115 В, інші можуть автоматично налаштовуватися під будь-яку напругу в цьому діапазоні.

Позитивна напруга. Як правило, цифрові електронні компоненти та інтегральні схеми комп’ютера (системна плата, плата розширення, логічні схеми дисководів) використовують напруги +3,3 і +5 В. Для того, щоб система нормально працювала, джерело живлення повинне забезпечувати безперервну подачу постійного струму. Пристрої, робоча напруга яких відрізняється від тієї, що подається, повинні живитися від вбудованих регуляторів напруги.

Негативна напруга. Хоча напруги -5 і -12 В подаються на системну плату через роз’єми живлення, для її роботи потрібне тільки 5-вольтне джерело живлення. Живлення -5 В надходить на контакт B5 шини ISA, а на самій системній платі вона не використовується. Ця напруга призначалася для живлення аналогових схем в старих контролерах накопичувачів на гнучких дисках, тому вона і підведена до шини. У сучасних контролерах напруга -5 В не використовується; вона зберігається лише як частина стандарту шини ISA.

Блок живлення не тільки виробляє необхідну для роботи вузлів комп’ютера напругу, але і припиняє функціонування системи до тих пір, поки величина цієї напруги не досягне значення, достатнього для нормальної роботи. Іншими словами, блок живлення не дозволить комп’ютеру працювати при “нештатному” рівні напруги живлення. У кожному блоці живлення перед отриманням дозволу на запуск системи виконується внутрішня перевірка та тестування вихідної напруги. Після цього на системну плату посилається спеціальний сигнал PowerGood (живлення у нормі). Якщо такий сигнал не надійшов, комп’ютер працювати не буде. Рівень напруги сигналу Power Good складає приблизно +5 В (нормальною вважається величина від +3 до +6 В). Він виробляється блоком живлення після виконання внутрішніх перевірок і виходу на номінальний режим і звичайно з’являється через 0,1-0,5 с після включення комп’ютера. Сигнал подається на системну плату, де мікросхемою тактового генератора формується сигнал початкової установки процесора. За відсутності сигналу PowerGood мікросхема тактового генератора постійно подає на процесор сигнал скидання, не дозволяючи комп’ютеру працювати при нештатній або нестабільній напрузі живлення. Коли PowerGood подається на генератор, сигнал скидання відключається і починається виконання програми, записаної за адресою: FFFF:0000 (звично в ROM BIOS) . Якщо вихідні напруги блоку живлення не відповідають номінальним (наприклад, при зниженні напруги в мережі), сигнал PowerGood відключається і процесор автоматично перезапускається. При відновленні вихідної напруги знову формується сигнал PowerGood і комп’ютер починає працювати так, як ніби його тільки що включили. Завдяки швидкому відключенню сигналу PowerGood комп’ютер не “помічає” неполадок в системі живлення, оскільки зупиняє роботу раніше, ніж можуть з’явитися проблеми, пов’язані з нестійкістю напруги живлення.

Кожен блок живлення містить спеціальні з’єднувачі, що підключаються до відповідних роз’ємів системної плати (рис. 2.7.), подаючи напругу на центральний процесор, модулі пам’яті і встановлену плату розширення (ISA, PCI, AGP). Неправильне підключення роз’ємів може привести до вельми небажаних наслідків, аж до згорання блоку живлення і системної плати.

Більшість роз’ємів живлення ноутбуків виконуються з позитивним внутрішнім провідником, але існують також з’єднувачі зі зворотною полярністю. Зазвичай ноутбуки живляться від постійної напруги 18,5 В або 19 В, хоча досить часто зустрічаються варіанти з напругою 15; 16; 19,5; 20 або навіть 24 В (Apple). Крім того, блоки живлення відрізняються максимальною вихідною потужністю (зазвичай до 100 Вт).

6.7.2 Параметри блоків живлення

Блок живлення має багато електричних та неелектричних параметрів, більшість з яких не відзначаються у технічному паспорті. На бічній наклейці блоку живлення відзначається звичайно тільки декілька основних параметрів – робочі напруга та потужність. До електричних параметрів блоків живлення відносяться:

- потужність. Ця характеристика часто позначають на етикетці великим шрифтом. Потужність блоку живлення характеризує, скільки він може віддати електричної енергії приладам, що підключають до нього;

- припустимий максимальний струм лінії. При перевищенні припустимого струму на лінії блок живлення вимикається, тому що спрацьовує захист;

- діапазон робочих напруг – інтервал значень сіткової напруги, при якому блок живлення зберігає працездатність та значення своїх паспортних параметрів. Зараз все частіше виробляються блоки живлення з АККП (активний коректор коефіцієнта потужності), який дозволяє розширити діапазон робочих напруг від 110В до 230В. Також є блоки живлення з малим робочим діапазоном напруг, наприклад блок живлення компанії FPS FPS400-60THN-P має діапазон від 220В до 240В;

- внутрішній опір – характеризує внутрішні втрати блоку живлення при протіканні струму. Внутрішній опір можна розділити на два види: звичайний за постійним струмом та диференціальний за змінним струмом;

- крос-навантажувальна характеристика блоку живлення – використовується для комплексного відображення розміру осідання напруги. Це кольорове відображення рівня відхилення напруги обраної лінії при навантаженні двох ліній: обраної та +12В;

- пульсації вихідних напруг. Блок живлення являє собою перетворювач, що не одноразово перетворює напругу зі змінної в постійну. Внаслідок цього на виході його ліній присутні пульсації. Пульсації являють собою різку зміну напруги протягом короткого проміжку часу. Головна проблема пульсацій у тому, що якщо в схемі або пристрої не буде фільтру у ланцюзі живлення або він поганий, то ці пульсації проходять за всією схемою, спотворюючи її робочі характеристики;

- стабільність напруги. В процесі роботи, який ідеальний не був би блок живлення, його напруга змінюється. Збільшення напруги викликає в першу чергу збільшення струмів спокою всіх схем, а також зміну параметрів схем. Зниження напруги, навпаки, зменшує струм спокою, і також погіршує характеристики схем, наприклад амплітуду вихідного сигналу. При зниженні нижче певного рівня деякі схеми перестають працювати. Особливо до цього чутлива електроніка жорстких дисків. Припустимі відхилення напруги на лініях блоку живлення описані в стандарті ATX та в середньому не повинні перевищувати ±5% від номіналу лінії;

- коефіцієнт корисної дії. ККД показує скільки спожитої енергії перетворилося в корисну енергію. Більшість якісних блоків живлення мають схожий ККД, який варіює в діапазоні не більше 10%, але ККД блоків живлення з ПККП (PPFC) і АККП (APFC) значно вище;

- коефіцієнт потужності. При малому значенні коефіцієнта потужності буде і мале значення ККД. Більший коефіцієнт потужності обумовить зниження струму в мережі.

Як і електричні характеристики, неелектричні параметри в паспорті вказуються теж не всі, хоча вони також важливі. Перелічимо основні з них:

- діапазон робочих температур;

- надійність блоку живлення (час наробітку на відмову);

- рівень шуму, який створюється блоком живлення при роботі;

- частота обертання вентилятора блоку живлення;

- вага блоку живлення;

- довжина живильних кабелів;

- зручність у використанні;

- екологічність блоку живлення;

- відповідність державним і міжнародним стандартам;

- розміри блоку живлення.

6.7.3 Вдосконалена система управління живленням

Стандарт вдосконаленої системи управління живленням (Advanced Power Management – APM) розроблений компанією Intel спільно з Microsoft, визначає ряд інтерфейсів між апаратними засобами управління живленням і операційною системою комп’ютера. Повністю реалізований стандарт APM дозволяє автоматично перемикати комп’ютер між п’ятьма станами залежно від поточного стану системи.

Кожен стан в приведеному нижче списку характеризується зменшенням споживання енергії:

- Full On – система повністю включена;

- APM Enabled – система працює, деякі пристрої є об’єктами управління для системи управління живленням. Невживані пристрої можуть бути вимкнені, може бути також зупинена або сповільнена (тобто понижена тактова частота) робота тактового генератора центрального процесора.

- APM Standby (резервний режим) – система не працює, більшість пристроїв знаходиться в стані споживання малої потужності. Робота тактового генератора центрального процесора може бути сповільнена або зупинена, але необхідні параметри функціонування зберігаються в пам’яті. Користувач або операційна система можуть запустити комп’ютер з цього стану майже миттєво.

- APM Suspend (режим припинення) – система не працює, більшість пристроїв пасивна. Тактовий генератор центрального процесора зупинений, а параметри функціонування зберігаються на диску і при необхідності можуть бути зчитані у пам’ять для відновлення роботи системи. Щоб запустити систему з цього стану, потрібен деякий час.

- Off (система відключена) – система не працює. Джерело живлення вимкнене.

Для реалізації режимів APM потрібні апаратні засоби і програмне забезпечення. Операційні системи (такі, як Windows), які підтримують APM, при настанні відповідних подій запускають програми управління живленням, “спостерігаючи” за діями користувача і прикладних програм. Проте операційна система безпосередньо не посилає сигнали управління живленням апаратним засобам.

6.7.4 Джерело резервного та безперебійного живлення

Джерело резервного живлення (SPS) включається тільки тоді, коли зникає або стає дуже низькою мережева напруга. В цьому випадку спрацьовує відповідний датчик, і до встановленого у блоці перетворювача постійної напруги в змінну підключається акумуляторна батарея. Починає вироблятися змінна напруга, яка, у свою чергу, поступає на вихід пристрою замість мережевої.

SPS у принципі працюють непогано, але в деяких моделях перемикання на резервне живлення відбувається недостатньо швидко. При цьому комп’ютер може відключитися або перезавантажитися. У високоякісних SPS встановлюються ферорезонансні стабілізатори. У даних блоках можуть встановлюватися фільтри-стабілізатори, але в дешевих моделях їх, як правило, не буває, і напруга в нормальних умовах поступає на комп’ютер безпосередньо з мережі, без жодної фільтрації та стабілізації. У SPS з ферорезонансними стабілізаторами вихідна напруга підтримується постійною, до інших же для більшої надійності слід додатково підключати фільтр-стабілізатор.

Кращим рішенням всіх проблем, що виникають в ланцюгах живлення, є встановлення джерела безперебійного живлення (UPS), яке одночасно виконує функції фільтру-стабілізатора і джерела аварійного живлення. Джерела безперебійного живлення працюють постійно, і напруга на комп’ютер поступає тільки від них.

У UPS постійна напруга 12 В від акумуляторної батареї перетворюється в змінну. У розпорядженні користувача фактично буде своє автономне джерело живлення, не залежне від електричної мережі. Від неї здійснюється тільки заряджання акумулятора, причому струм заряду або рівний споживаному навантаженням, або дещо більше (при частково розрядженій батареї).

Навіть якщо напруга в мережі пропадає, UPS продовжує працювати, оскільки при цьому лише припиняється процес заряджання батареї. Ніяких перемикань в схемі не відбувається, а тому не виникає навіть короткочасних провалів живлячої напруги. UPS функціонує безперервно, використовуючи заряджений акумулятор. Після відновлення мережевої напруги акумулятор відразу, без додаткових перемикань, знову починає заряджатися.

Всі 16-розрядні або більш сучасні системи мають мікросхему особливого типу, в якій знаходиться годинник реального часу (Real-Time Clock – RTC), а також 64 байти або більше (включаючи дані годинника) незалежного ОЗП (Non-Volatile RAM – NVRAM). Ця мікросхема офіційно називається мікросхемою RTC/NVRAM, але звичайно на неї посилаються як на мікросхему CMOS, або CMOS-пам'ять. Такі мікросхеми споживають живлення від батарей і можуть зберігати інформацію декілька років. Вона містить годинник реального часу, оповіщаючи програму про поточний час і дату, причому і час і дата представлятимуться правильно навіть при відключенні системи.

6.7.5 Стандарти та сертифікати блоків живлення

При покупці блоку живлення, в першу чергу необхідно подивитися на наявність сертифікатів і на відповідність його сучасним міжнародним стандартам. На блоках живлення найчастіше можна зустріти вказівку наступних стандартів:

1. RoHS, WEEE – не містить шкідливих речовин;

2. UL, cUL – сертифікат на відповідність своїм технічним характеристикам, а також вимогам безпеки для вбудованих електроприладів;

3. CE – сертифікат, який показує, що блок живлення відповідає найсуворішим вимогам директив європейського комітету;

4. ISO – міжнародний сертифікат якості;

5. CB – міжнародний сертифікат відповідності своїм технічним характеристикам;

6. FCC – відповідність нормам електромагнітних наведень (EMI) і радіонаведень (RFI), що генеруються блоком живлення;

7. TUV – сертифікат відповідності вимогам міжнародного стандарту ЕН ІСО 9001:2000;

8. ССС – сертифікат Китаю відповідності безпеки, електромагнітним параметрам і захисту навколишнього середовища.

Контрольні запитання

1. Яку роль виконують блоки живлення в комп'ютерній системі?

2. Які пристрої використовують позитивну напругу?

3. Які пристрої використовують негативну напругу?

4. Описати внутрішню перевірку блоку живлення.

5. Описати роз’єми живлення системної платні.

6. Описати систему управління живленням.

7. Описати джерело резервного живлення.

8. Описати джерело безперебійного живлення (UPS).

9. Для чого застосовуються батареї RTC/NVRAM?

Читайте також:

1. Автотрофне та гетеротрофне живлення
2. Безперебійні джерела живлення
3. Блоки закриття ОДБ.
4. Блоки закриття ОДБ.
5. Блоки і поліспасти
6. Блоки схеми алгоритму
7. Будова системи живлення
8. Валютні блоки
9. Вибір напруги для живлення цехових електроприймачів.
10. Джерела безперебійного живлення
11. Джерела електричної енергії (джерела живлення).

Переглядів: 8630