Pfc tip je aktivan. Kako odabrati napajanje za računar

Nije tajna da je jedan od glavnih gradivnih blokova kompjutera pogonska jedinica. Prilikom kupovine obraćamo pažnju na različite karakteristike: maksimalnu snagu jedinice, karakteristike rashladnog sistema i nivo buke. Ali ne pitaju se svi šta je PFC?

Dakle, da vidimo šta PFC daje

Što se tiče prekidačkih izvora napajanja (trenutno se u jedinicama računarskog sistema koriste samo PSU ovog tipa), ovaj izraz označava prisustvo odgovarajućeg skupa elemenata kola u napajanju.

Korekcija faktora snage- prevedeno kao "korekcija faktora snage", nalazi se i naziv "kompenzacija reaktivne snage".

Zapravo, faktor ili faktor snage je omjer aktivne snage (snage koju napajanje neopozivo troši) prema ukupnoj, tj. na vektorsku sumu aktivne i jalove snage. U stvari, faktor snage (ne treba ga brkati sa efikasnošću!) je omjer korisne i primljene snage, i što je bliži jedinici, to bolje.

PFC dolazi u dvije varijante - pasivno i aktivno.
Prilikom rada, sklopno napajanje bez ikakvog dodatnog PFC-a troši struju iz mreže u kratkim impulsima, približno koji se poklapaju sa vrhovima sinusoida mrežnog napona.

Najjednostavniji i stoga najčešći je tzv pasivni PFC, što je konvencionalna prigušnica relativno velike induktivnosti, povezana na mrežu u seriji sa napajanjem.

Pasivni PFC donekle izglađuje trenutne impulse, rastežući ih u vremenu - međutim, da bi se ozbiljno utjecao na faktor snage, potrebna je prigušnica visoke induktivnosti, čije dimenzije ne dopuštaju da se instalira unutar napajanja računala. Tipičan faktor snage PSU-a sa pasivnim PFC-om je samo oko 0,75.

Active PFC je još jedno prekidačko napajanje, štoviše, povećanje napona.
Kao što vidite, oblik struje koju troši napajanje sa aktivnim PFC-om, vrlo se malo razlikuje od potrošnje konvencionalnog otpornog opterećenja - rezultirajući faktor snage takve jedinice može doseći 0,95 ... 0,98 kada radi pri punom opterećenju.

Istina, kako se opterećenje smanjuje, faktor snage se smanjuje, minimalno pada na otprilike 0,7 ... 0,75 - odnosno na nivo blokova sa pasivni PFC. Međutim, treba napomenuti da je vršna potrošnja struje jedinica sa aktivni PFC ipak, čak i pri maloj snazi, ispada da jesu primetno manje nego svi ostali blokovi.

pored toga aktivni PFC osigurava faktor snage blizu idealnog, tako da, za razliku od pasivnog, poboljšava rad napajanja - dodatno stabilizuje ulazni napon glavnog stabilizatora bloka - blok postaje primetno manje osetljiv na nizak mrežni napon, takođe kada se koristi aktivni PFC, blokovi sa univerzalno napajanje 110 se prilično lako razvija ... 230V, ne zahtijeva ručno prebacivanje mrežnog napona.

Takvi PSU-ovi imaju specifičnu karakteristiku - njihov rad u kombinaciji sa jeftinim UPS-ovima koji daju stepenasti signal kada rade na baterije može uzrokovati pad računara, pa proizvođači preporučuju korištenje u takvim slučajevima Smart UPS, koji uvijek daje sinusni signal.

Također korištenje aktivnog PFC-a poboljšava odziv napajanja tokom kratkotrajnih (djelića sekunde) padova mrežnog napona - u takvim trenucima jedinica radi zahvaljujući energiji kondenzatora visokonaponskog ispravljača, čija je efikasnost više nego udvostručena . Još jedna prednost korištenja aktivnog PFC-a je niži nivo visokofrekventnih smetnji na izlaznim linijama, tj. ovakvi izvori napajanja se preporučuju za upotrebu u PC-u sa periferijama dizajniranim za rad sa analognim audio/video materijalom.

A sada malo teorije

Uobičajeni, klasični, 220V AC naponski ispravljački krug sastoji se od diodnog mosta i kondenzatora za izravnavanje. Problem je u tome što je struja punjenja kondenzatora impulsne prirode (trajanje reda veličine 3mS) i kao rezultat toga, jako velika struja.

Na primjer, za PSU s opterećenjem od 200W, prosječna struja iz mreže od 220V bit će 1A, a impulsna struja će biti 4 puta veća. Ako postoji mnogo takvih izvora napajanja i (ili) su moćniji? ... tada će struje biti jednostavno lude - ožičenje, utičnice neće izdržati, a struju ćete morati platiti više, jer se jako vodi računa o kvaliteti trenutne potrošnje.

Na primjer, u velikim postrojenjima postoje posebne kondenzatorske jedinice za "kosinusnu" kompenzaciju. U modernoj kompjuterskoj tehnologiji suočili su se sa istim problemima, ali niko neće instalirati višekatne konstrukcije, a otišli su drugim putem - stavili su poseban element u napajače kako bi smanjili "puls" potrošene struje - PFC.

Različite vrste su razdvojene bojama:

• crvena - obična PSU bez PFC-a,
• žuta - avaj, "običan PSU sa pasivnim PFC",
• zeleno - PSU sa pasivnim PFC-om dovoljne induktivnosti.

Model prikazuje procese kada je napajanje uključeno i kratkotrajni pad kroz 250mS. Veliki skok napona s pasivnim PFC-om nastaje zbog previše energije pohranjene u induktoru kada se kondenzator za izravnavanje puni. Za borbu protiv ovog efekta, PSU se postupno uključuje - prvo se otpornik spoji u seriju s induktorom kako bi se ograničila početna struja, a zatim je kratko spojen.

Za PSU bez PFC-a ili sa dekorativnim pasivnim PFC-om, ovu ulogu ima poseban termistor sa pozitivnim otporom, tj. njegov otpor se jako povećava kada se zagrije. S velikom strujom, takav se element vrlo brzo zagrijava i struja se smanjuje, a zatim se hladi zbog smanjenja struje i nema utjecaja na krug. Dakle, termistor obavlja svoje ograničavajuće funkcije samo pri vrlo visokim startnim strujama.

Za pasivne PFC, impuls struje uključivanja nije tako velik i termistor često ne ispunjava svoju ograničavajuću funkciju. U normalnim, velikim pasivnim PFC-ovima, osim termistora, ugrađeno je i posebno kolo, ali u "tradicionalnim", dekorativnim, to nije slučaj.

I prema grafikonima. Dekorativni pasivni PFC daje skok napona, koji može dovesti do kvara strujnog kruga PSU, prosječni napon je nešto manji nego u slučaju bez_PFC, a prilikom kratkotrajnog nestanka struje, napon opada za veći iznos nego bez_PFC. Nasuprot jasnom pogoršanju dinamičkih svojstava. Normalni pasivni PFC takođe ima svoje karakteristike. Ako ne uzmemo u obzir početni prenapon, koji se nužno mora kompenzirati slijedom uključivanja, onda možemo reći sljedeće:

Izlazni napon se smanjio. To je tačno, jer nije jednako vršnom ulazu, kao kod prva dva tipa napajanja, već onom "djelujućem". Razlika između vrha i struje jednaka je korijenu iz dva.
Mreškanje izlaznog napona je mnogo manje, jer dio funkcija glađenja ide na gas.
- Pad napona u slučaju trenutnog nestanka struje je također manji iz istog razloga.
- Nakon kvara, slijedi nalet. Ovo je vrlo značajan nedostatak i glavni je razlog zašto pasivni PFC nisu uobičajeni. Do ovog prenapona dolazi iz istog razloga iz kojeg se javlja pri uključivanju, ali u slučaju početnog uključivanja, poseban sklop može nešto ispraviti, ali je to mnogo teže učiniti u radu.
- S kratkotrajnim gubitkom ulaznog napona, izlaz se ne mijenja tako oštro kao u drugim opcijama PSU. Ovo je veoma vredno, jer. kontrolno kolo PSU vrlo uspješno radi sporu promjenu napona i neće biti smetnji na izlazu PSU-a.

Za druge varijante jedinice za napajanje, s takvim padovima, sigurno će doći do smetnji na izlazima jedinice za napajanje, što može utjecati na pouzdanost rada. Koliko su česti kratki nestanci struje? Prema statistikama, 90% svih nestandardnih situacija sa mrežom od 220V događa se upravo u takvom slučaju. Glavni izvor nastanka je uključivanje u elektroenergetski sistem i priključenje moćnih potrošača.

Slika pokazuje efikasnost PFC-a u smanjenju strujnih impulsa:

Za PSU bez PFC-a, struja dostiže 7,5 A, pasivni PFC ga smanjuje za 1,5 puta, a normalan PFC smanjuje struju mnogo više.

Odabir napajanja za računar nije tako jednostavan kao što se čini. Odabir napajanja će odrediti stabilnost i vijek trajanja računarskih komponenti, tako da biste trebali ozbiljnije pristupiti ovom pitanju. U ovom članku pokušat ću navesti glavne točke koje će vam pomoći da odlučite o izboru pouzdanog napajanja.

Snaga.
Na izlazu, napajanje obezbeđuje sledeće napone +3,3 V, +5 V, +12 V i neke pomoćne -12 V i +5 VSB. Glavno opterećenje pada na liniju +12 V.
Snaga (W - vati) se izračunava pomoću formule P = U x I, gdje je U napon (V - volti), a I struja (A - amperi). Otuda zaključak, što je veća struja u svakoj liniji, to je veća snaga. Ali nije sve tako jednostavno, na primjer, s velikim opterećenjem na kombiniranoj liniji +3,3 V i +5 V, snaga na liniji +12 V može se smanjiti. Hajde da analiziramo primjer na osnovu označavanja napajanja Cooler Master RS-500-PSAP-J3 - ovo je prva fotografija koju sam pronašao na internetu.

Naznačeno je da je maksimalna ukupna snaga na +3,3V i +5V linijama = 130W, također je naznačeno da je maksimalna snaga na +12V liniji = 360W. Imajte na umu da su naznačene dvije virtuelne linije + 12V1 i + 12V2 od 20 A svaka - to uopće ne znači da je ukupna struja 40A, jer bi sa strujom od 40A i naponom od 12V snaga bila 480W (12x40 = 480). U stvari, naznačena je maksimalna moguća struja na svakoj liniji. Stvarnu maksimalnu struju lako je izračunati po formuli I = P / U, I = 360 / 12 = 30 Ampera.
Također obratite pažnju na red ispod:
The +3.3V&+5V&+12Vukupnoizlaztrebaneprelazi 427,9W- ispostavilo se da ukupna snaga na svim linijama ne bi trebala prelaziti 427,9W. Kao rezultat, ne dobijamo 490W (130 + 360), već samo 427,9. Opet, važno je shvatiti da ako je opterećenje na +3,3V i 5V linijama, recimo, 100W, onda oduzimanjem 100W od maksimalne snage, tj. 427,9 - 100 = 327,9. Kao rezultat, dobićemo 327.9W u balansu na +12V liniji. Naravno, u modernim računarima opterećenje na +3,3V i +5V linijama vjerovatno neće biti veće od 50-60W, tako da možemo sa sigurnošću pretpostaviti da će snaga na +12V liniji biti 360W, a struja će biti 30A.

Proračun snage napajanja.
Za izračunavanje snage napajanja možete koristiti ovaj kalkulator http://www.extreme.outervision.com/psucalculatorlite.jsp, servis je na engleskom, ali mislim da možete to shvatiti.
Iz vlastitog iskustva mogu reći da je napajanje od 300W dovoljno za svaki uredski računar. Za igranje je dovoljno PSU za 400 - 500W, za najmoćnije gaming sa jako moćnom video karticom ili sa dvije u modu SLI ili unakrsna vatra- potrebna je jedinica od 600 - 700 W.
Procesor obično troši od 35 do 135W, grafička kartica od 30 do 340W, matična ploča 30-40W, 1 memorijska traka 3-5W, čvrsti disk 10-20W. Također imajte na umu da glavno opterećenje pada na 12V liniju. Oh, i ne zaboravite dodati maržu od 20-30% za budućnost.

efikasnost.
Nije nevažna ni efikasnost napajanja. Efikasnost (koeficijent performansi) je omjer izlazne snage i potrošene. Kada bi napajanje moglo da pretvara električnu energiju bez gubitaka, onda bi njegova efikasnost bila 100%, ali za sada to nije moguće.
Navest ću primjer, da bi napajanje sa efikasnošću od 80% dalo izlaznu snagu od 400W, ne mora trošiti više od 500W iz mreže. Isto napajanje, ali sa efikasnošću od 70%, će trošiti oko 571W. Opet, ako napajanje nije jako opterećeno, na primjer, na 200W, onda će i trošiti manje iz mreže, 250W pri 80% efikasnosti i otprilike 286 pri 70% efikasnosti.
Postoji organizacija koja testira izvore napajanja da bi zadovoljili određeni nivo sertifikacije. Certifikat 80 Plus provedeno je samo za mrežu od 115 V uobičajeno, na primjer, u SAD-u. Počevši od nivoa 80 Plus Bronze, izvori napajanja su testirani za upotrebu na mreži od 230 V. Na primjer, da bi prošao certifikaciju nivoa 80 PlusBronza Efikasnost napajanja treba da bude 81% pri opterećenju od 20%, 85% pri opterećenju od 50% i 81% pri opterećenju od 100%.

Prisustvo jednog od logotipa na napajanju ukazuje da napajanje ispunjava određeni nivo sertifikacije.
Prednosti visokoefikasnog napajanja:
Prvo, manje energije se oslobađa u obliku toplote, odnosno, sistem za hlađenje izvora napajanja treba da ukloni manje toplote, stoga je manje buke od ventilatora. Drugo, mala ušteda na struji. Treće, kvalitet ovih PSU-a je visok.

Aktivni ili pasivni PFC?

PFC (Power Factor Correction) - Korekcija faktora snage (faktora). Faktor snage je omjer aktivne snage prema ukupnoj (aktivna + reaktivna).

Pošto stvarno opterećenje obično ima i induktivnu i kapacitivnu komponentu, aktivnoj snazi ​​se dodaje reaktivna snaga. Reaktivna snaga se ne troši od strane opterećenja - primljena tokom jednog poluperioda mrežnog napona, potpuno se vraća u mrežu tokom sljedećeg poluciklusa, uzalud opterećujući dovodne žice. Ispostavilo se da jalova snaga nema koristi, a bore se s njom, ako je moguće, uz pomoć raznih korektivnih uređaja.

PFC - je pasivan i aktivan.

Prednosti aktivne PFC:

Aktivni PFC daje faktor snage blizu idealnog (aktivni PFC 0,95-0,98 naspram 0,75 pasivni).
Aktivni PFC stabilizira ulazni napon glavnog stabilizatora, napajanje postaje manje osjetljivo na nizak mrežni napon.
Aktivni PFC poboljšava odziv napajanja tokom kratkih nestanka struje.

Nedostaci aktivnog PFC-a:

Smanjuje pouzdanost napajanja, jer dizajn samog napajanja postaje složeniji. Potrebno dodatno hlađenje. Općenito, prednosti aktivnog PFC-a nadmašuju njegove nedostatke.

U principu, možete zanemariti vrstu PFC-a. U svakom slučaju, pri kupovini napajanja sa manjom snagom, najvjerovatnije će imati pasivni PFC, pri kupovini snažnije jedinice od 500 W najvjerovatnije ćete dobiti jedinicu sa aktivnim PFC-om.

Sistem za hlađenje napajanja.
Prisutnost ventilatora u napajanju smatra se normom, njegov promjer je najčešće 120, 135 ili 140 mm.

Kablovi i konektori.
Obratite pažnju na broj konektora i dužinu kablova koji dolaze iz napajanja, u zavisnosti od visine kućišta, potrebno je da izaberete PSU sa kablovima odgovarajuće dužine. Za malo tijelo dovoljna je dužina od 40-45 cm.

Moderno napajanje ima sljedeće konektore:

	24-pinski konektor za napajanje matične ploče. Obično odvojeno 20 i 4 kontakta, ponekad i jednodijelni.
	Procesor socket. Obično 4-pinski, za moćnije procesore koristi se 8-pinski.
	Konektor za dodatno napajanje video kartice. 6 i 8 pin. 8-pinski ponekad montažni 6+2 pina.
	SATA konektor za povezivanje tvrdih diskova i optičkih diskova.
	4-pinski konektor (Molex) za povezivanje starih IDE hard diskova i optičkih drajvova, takođe se koristi za povezivanje ventilatora.
	4-pinski konektor za povezivanje FDD drajvova.

Modularni kablovi i konektori.
Mnoga moćnija napajanja sada koriste modularne kablovske veze sa konektorima. Ovo je zgodno jer nema potrebe držati neiskorištene kablove u kućištu, a manje je nereda sa žicama, samo dodajte po potrebi. Odsustvo nepotrebnih kablova takođe poboljšava cirkulaciju vazduha u kućištu. Obično su u ovim izvorima napajanja fiksni samo konektori za napajanje matične ploče i procesora.

Proizvođači.
Proizvođači napajanja dijele se u tri grupe:

1. Oni proizvode svoje proizvode - to su brendovi kao što su FSP, Enermax, HEC, Seasonic, Delta, Hipro.
2. Oni proizvode svoje proizvode, djelimično prebacujući proizvodnju na druge kompanije, kao što su Corsair, Antec, Silverstone, PC Power & Cooling, Zalman.
3. Preprodaju pod svojim brendom (neki utiču na kvalitet i izbor komponenti, neki ne), kao što su Chiftec, Cooler Master, Gigabyte, OCZ, Thermaltake.

Možete bezbedno kupiti proizvode ovih brendova. Na internetu možete pronaći recenzije i testove mnogih izvora napajanja i navigirati kroz njih.
Nadam se da će vam ovaj članak pomoći da odgovorite na vaše pitanje kako odabrati napajanje za kompjuter?».

PFC (Power Factor Correction) je preveden kao "Power Factor Correction", nalazi se i naziv "kompenzacija reaktivne snage". Što se tiče prekidačkih izvora napajanja (trenutno se u jedinicama računarskog sistema koriste samo PSU ovog tipa), ovaj izraz označava prisustvo u napajanju odgovarajućeg skupa elemenata kola, koji se također obično naziva "PFC". Ovi uređaji su dizajnirani da smanje reaktivnu snagu koju troši napajanje.

Zapravo, faktor ili faktor snage je omjer aktivne snage (snage koju napajanje neopozivo troši) prema ukupnoj, tj. na vektorsku sumu aktivne i jalove snage. U stvari, faktor snage (ne treba ga brkati sa efikasnošću!) je omjer korisne i primljene snage, i što je bliži jedinici, to bolje.
PFC dolazi u dvije varijante - pasivni i aktivni.
Prilikom rada, sklopno napajanje bez ikakvog dodatnog PFC-a troši struju iz mreže u kratkim impulsima, približno koji se poklapaju sa vrhovima sinusoida mrežnog napona.

Najjednostavniji i stoga najčešći je takozvani pasivni PFC, koji je konvencionalna prigušnica relativno velike induktivnosti, povezana u mrežu serijski sa napajanjem.

Pasivni PFC donekle izglađuje trenutne impulse, rastežući ih u vremenu - međutim, da bi se ozbiljno utjecao na faktor snage, potrebna je prigušnica visoke induktivnosti, čije dimenzije ne dopuštaju da se instalira unutar napajanja računala. Tipični faktor snage PSU-a sa pasivnim PFC-om je samo oko 0,75.

Active PFC je još jedno prekidačko napajanje, štoviše, povećanje napona.
Oblik struje koju troši napajanje s aktivnim PFC vrlo se malo razlikuje od potrošnje konvencionalnog otpornog opterećenja - rezultirajući faktor snage takvog napajanja bez PFC bloka može doseći 0,95 ... 0,98 kada radi na punom opterećenje. Istina, kako se opterećenje smanjuje, faktor snage se smanjuje, minimalno pada na oko 0,7 ... 0,75 - to jest, na razinu blokova s ​​pasivnim PFC-om. Međutim, treba napomenuti da je vršna potrošnja struje jedinica s aktivnim PFC-om i dalje primjetno niža čak i pri maloj snazi ​​nego kod svih ostalih jedinica.

Osim što aktivni PFC daje faktor snage blizu idealnog, za razliku od pasivnog, poboljšava rad napajanja - dodatno stabilizira ulazni napon glavnog stabilizatora bloka - blok postaje osjetno manje osjetljiv do smanjenog mrežnog napona, takođe kada se koristi aktivni PFC blokovi sa univerzalnim napajanjem 110...230V se prilično lako razvijaju, koji ne zahtevaju ručno prebacivanje mrežnog napona. (Ovakvi PSU-ovi imaju specifičnu karakteristiku - njihov rad u kombinaciji sa jeftinim UPS-ovima koji daju stepenasti signal kada rade na baterije može dovesti do kvarova računala, pa proizvođači preporučuju korištenje UPS-ova Smart klase u takvim slučajevima, koji uvijek emituju sinusni signal.)

Također, upotreba aktivnog PFC-a poboljšava odziv napajanja tokom kratkotrajnih (djelića sekunde) padova napona u mreži - u takvim trenucima jedinica radi zahvaljujući energiji visokonaponskih ispravljačkih kondenzatora, efikasnosti što je više nego udvostručeno. Još jedna prednost korištenja aktivnog PFC-a je niži nivo visokofrekventnih smetnji na izlaznim linijama.

Na primjer, napon na 1 kraku FAN7530 ovisi o razdjelniku montiranom na R10 i R11, i, prema tome, na kondenzatoru C9.

Linearna i prekidačka napajanja

Počnimo s osnovama. Napajanje u računaru obavlja tri funkcije. Prvo, naizmjenična struja iz kućnog napajanja mora se pretvoriti u jednosmjernu struju. Drugi zadatak PSU-a je da snizi napon od 110-230 V, koji je suvišan za kompjutersku elektroniku, na standardne vrijednosti koje zahtijevaju pretvarači snage za pojedinačne PC komponente - 12 V, 5 V i 3,3 V (kao kao i negativni naponi, o kojima ćemo govoriti nešto kasnije). Konačno, PSU igra ulogu stabilizatora napona.

Postoje dvije glavne vrste napajanja koje obavljaju ove funkcije - linearno i prekidačko. Najjednostavniji linearni PSU baziran je na transformatoru, na kojem se izmjenični napon smanjuje na potrebnu vrijednost, a zatim se struja ispravlja diodnim mostom.

Međutim, PSU je također potreban za stabilizaciju izlaznog napona, što je zbog nestabilnosti napona u kućnoj mreži i pada napona kao odgovora na povećanje struje u opterećenju.

Da bi se kompenzirao pad napona, u linearnom napajanju, transformator je dimenzionisan da obezbedi višak snage. Tada će se, pri velikoj struji u opterećenju, promatrati potrebni napon. Međutim, prenapon koji će nastati bez ikakvih sredstava za kompenzaciju pri maloj struji u nosivom teretu je također neprihvatljiv. Prekomjerni napon se eliminira uključivanjem nekorisnog opterećenja u krug. U najjednostavnijem slučaju, ovo je otpornik ili tranzistor povezan preko Zener diode. U naprednijoj, tranzistorom upravlja mikrokolo s komparatorom. Bilo kako bilo, višak snage se jednostavno raspršuje u obliku topline, što negativno utječe na efikasnost uređaja.

U krugu prekidačkog napajanja pojavljuje se još jedna varijabla o kojoj ovisi izlazni napon, pored dvije već dostupne: ulazni napon i otpor opterećenja. U seriji sa opterećenjem nalazi se ključ (koji je u slučaju nas interesantnog tranzistora), upravljan mikrokontrolerom u modusu pulsno-širinske modulacije (PWM). Što je duže trajanje otvorenih stanja tranzistora u odnosu na njihov period (ovaj parametar se naziva radni ciklus, u ruskoj terminologiji se koristi inverzna vrijednost - radni ciklus), veći je izlazni napon. Zbog prisustva ključa, prekidački izvor napajanja se naziva i Switched-Mode Power Supply (SMPS).

Kroz zatvoreni tranzistor ne teče struja, a otpor otvorenog tranzistora je idealno zanemariv. U stvarnosti, otvoreni tranzistor ima otpor i raspršuje dio snage u obliku topline. Također, prijelaz između stanja tranzistora nije savršeno diskretan. Pa ipak, efikasnost izvora impulsne struje može premašiti 90%, dok efikasnost linearne PSU sa stabilizatorom u najboljem slučaju doseže 50%.

Još jedna prednost prekidačkih izvora napajanja je radikalno smanjenje veličine i težine transformatora u poređenju sa linearnim izvorima napajanja iste snage. Poznato je da što je veća frekvencija naizmjenične struje u primarnom namotu transformatora, to je manja potrebna veličina jezgra i broj zavoja namotaja. Stoga se ključni tranzistor u kolu postavlja ne iza, već prije transformatora i, osim stabilizacije napona, koristi se za dobijanje visokofrekventne naizmjenične struje (za kompjuterske PSU, to je od 30 do 100 kHz i više, i po pravilu - oko 60 kHz). Transformator koji radi na frekvenciji od 50-60 Hz, za snagu koju zahtijeva standardni računar, bio bi deset puta masivniji.

Linearni PSU se danas uglavnom koriste u aplikacijama male snage gdje je relativno složena elektronika potrebna za prekidačko napajanje skuplji trošak od transformatora. To su, na primjer, 9 V napajanja, koja se koriste za pedale za gitarske efekte, a jednom - za igraće konzole itd. Ali punjači za pametne telefone su već potpuno pulsirani - ovdje su troškovi opravdani. Zbog znatno manje amplitude talasa napona na izlazu, linearni izvori napajanja se koriste i u područjima gdje je ovaj kvalitet tražen.

⇡ Opća šema ATX standardnog napajanja

PSU desktop računara je prekidačko napajanje, na čiji se ulaz napaja napon kućnog napajanja sa parametrima 110/230 V, 50-60 Hz, a na izlazu se nalazi niz DC linija, od kojih glavni imaju ocjenu od 12, 5 i 3,3 V. Osim toga, PSU osigurava -12 V i, u jednom trenutku, -5 V potrebnih za ISA magistralu. Ali potonji je u nekom trenutku isključen iz ATX standarda zbog prestanka podrške za sam ISA.

U pojednostavljenom dijagramu standardnog prekidačkog napajanja predstavljenom gore, mogu se razlikovati četiri glavna stupnja. Istim redoslijedom u recenzijama razmatramo komponente napajanja, i to:

1. EMI filter - elektromagnetne smetnje (RFI filter);
2. primarni krug - ulazni ispravljač (ispravljač), ključni tranzistori (prekidač) koji stvaraju visokofrekventnu naizmjeničnu struju na primarnom namotu transformatora;
3. glavni transformator;
4. sekundarni krug - strujni ispravljači iz sekundarnog namota transformatora (ispravljači), filteri za izravnavanje na izlazu (filtriranje).

⇡ EMI filter

Filter na ulazu PSU služi za suzbijanje dva tipa elektromagnetnih smetnji: diferencijalni (diferencijalni mod) - kada struja interferencije teče u različitim smjerovima u električnim vodovima, i common-mode (common-mode) - kada struja teče u jedan smjer.

Diferencijalni šum potiskuje CX kondenzator (veliki žuti filmski kondenzator na gornjoj fotografiji) spojen paralelno sa opterećenjem. Ponekad se na svaku žicu dodatno okači prigušnica, koja obavlja istu funkciju (nije na dijagramu).

Common mode filter čine CY kondenzatori (na fotografiji plavi keramički kondenzatori u obliku suze), u zajedničkoj tački koja povezuje električne vodove sa zemljom, i tzv. common-mode choke (common-mode choke, LF1 na dijagramu), struja u čija dva namota teče u istom smjeru, što stvara otpor zajedničkom modu šum.

U jeftinim modelima ugrađen je minimalni set dijelova filtera, u skupljim, opisane sheme formiraju ponavljajuće (u cijelosti ili djelomično) veze. U prošlosti, nije bilo neuobičajeno vidjeti PSU bez EMI filtera. Ovo je prilično neobičan izuzetak, iako kada kupujete vrlo jeftin PSU, još uvijek možete naići na takvo iznenađenje. Kao rezultat toga, ne samo i ne toliko će patiti sam računar, već i druga oprema uključena u kućnu mrežu - impulsni izvori napajanja su snažan izvor smetnji.

U području filtera dobrog PSU-a možete pronaći nekoliko detalja koji štite sam uređaj ili njegovog vlasnika od oštećenja. Gotovo uvijek postoji jednostavan osigurač za zaštitu od kratkog spoja (F1 na dijagramu). Imajte na umu da kada osigurač pregori, zaštićeni objekt više nije izvor napajanja. Ako je došlo do kratkog spoja, to znači da su ključni tranzistori već probili, a važno je barem spriječiti paljenje električnih instalacija. Ako osigurač iznenada pregori u PSU-u, onda je najvjerojatnije besmisleno mijenjati ga novim.

Odvojeno, zaštita od kratkoročno naponski udari pomoću varistora (MOV - Metal Oxide Varistor). Ali ne postoje sredstva zaštite od dugotrajnog povećanja napona u napajanjima računara. Ovu funkciju obavljaju vanjski stabilizatori s vlastitim transformatorom unutra.

Kondenzator u PFC kolu nakon ispravljača može zadržati značajan naboj nakon što se isključi iz napajanja. Kako neoprezna osoba koja stavi prst u konektor za napajanje ne bi bila šokirana, između žica je ugrađen otpornik za pražnjenje visoke vrijednosti (otpornik za ispuštanje). U sofisticiranijoj verziji - zajedno s upravljačkim krugom koji sprječava curenje punjenja kada je uređaj u radu.

Inače, prisustvo filtera u napajanju računara (a nalazi se i u napojnoj jedinici monitora i gotovo bilo koje računarske opreme) znači da je kupovina zasebnog „zaštitnika od prenapona“ umesto konvencionalnog produžnog kabla, u generalno, beskorisno. Ima isto unutra. Jedini uslov u svakom slučaju je normalno tropinsko ožičenje sa uzemljenjem. Inače, CY kondenzatori spojeni na masu jednostavno neće moći obavljati svoju funkciju.

⇡ Ulazni ispravljač

Nakon filtera, izmjenična struja se pretvara u istosmjernu pomoću diodnog mosta - obično u obliku sklopa u zajedničkom kućištu. Poseban radijator za hlađenje mosta je dobrodošao. Most sastavljen od četiri diskretne diode atribut je jeftinih izvora napajanja. Također možete pitati za koju struju je most dizajniran da utvrdi da li odgovara snazi ​​samog PSU-a. Iako ovaj parametar, u pravilu, postoji dobra margina.

⇡ Aktivni PFC blok

U AC krugu s linearnim opterećenjem (kao što je žarulja sa žarnom niti ili električni štednjak), struja koja teče prati istu sinusoidu kao i napon. Ali to nije slučaj sa uređajima koji imaju ulazni ispravljač, kao što su prekidački izvori napajanja. Napajanje propušta struju u kratkim impulsima, koji se otprilike vremenski podudaraju sa vrhovima sinusnog vala napona (tj. maksimalnog trenutnog napona), kada se kondenzator za izravnavanje ispravljača napuni.

Izobličeni strujni signal se dekomponuje na nekoliko harmonijskih oscilacija ukupno sa sinusoidom date amplitude (idealan signal koji bi se javio sa linearnim opterećenjem).

Snaga koja se koristi za obavljanje korisnog rada (a to je, u stvari, grijanje PC komponenti) je naznačena u karakteristikama PSU-a i naziva se aktivnom. Ostatak snage proizveden harmonijskim strujnim oscilacijama naziva se reaktivna snaga. Ne radi nikakav koristan posao, ali zagrijava žice i opterećuje transformatore i drugu električnu opremu.

Vektorski zbir jalove i aktivne snage naziva se prividna snaga. A odnos aktivne snage i pune snage naziva se faktor snage (faktor snage) - ne treba ga brkati sa efikasnošću!

Prekidač PSU u početku ima prilično nizak faktor snage - oko 0,7. Privatnom potrošaču reaktivna snaga nije problem (na sreću, strujomjeri je ne uzimaju u obzir), osim ako ne koristi UPS. Neprekidno napajanje jednostavno nosi punu snagu opterećenja. Na razmjerima kancelarijske ili gradske mreže, višak reaktivne snage nastao rasklopnim napajanjem već značajno umanjuje kvalitetu napajanja i uzrokuje troškove, pa se s njim aktivno suzbija.

Konkretno, velika većina računarskih PSU-a opremljena je krugovima za aktivnu korekciju faktora snage (Active PFC). Jedinica sa aktivnim PFC lako se prepoznaje po jednom velikom kondenzatoru i induktoru koji su instalirani iza ispravljača. U suštini, Active PFC je još jedan prekidački pretvarač koji održava konstantno punjenje na kondenzatoru napona od oko 400 V. U ovom slučaju struju iz mreže troše kratki impulsi čija je širina odabrana tako da signal aproksimira se sinusoidom - koja je potrebna za simulaciju linearnog opterećenja. Za sinhronizaciju trenutnog signala potražnje sa sinusnim talasom napona, PFC kontroler ima posebnu logiku.

Aktivni PFC krug sadrži jedan ili dva ključna tranzistora i moćnu diodu, koji su postavljeni na isti radijator sa ključnim tranzistorima glavnog pretvarača napajanja. Po pravilu, PWM kontroler glavnog konvertorskog ključa i aktivni PFC ključ su jedan čip (PWM/PFC Combo).

Faktor snage prekidačkih izvora napajanja sa aktivnim PFC dostiže 0,95 i više. Osim toga, imaju jednu dodatnu prednost - ne zahtijevaju mrežni prekidač 110/230 V i odgovarajući udvostruč napona unutar PSU-a. Većina PFC kola probavlja napone od 85 do 265 V. Osim toga, smanjena je osjetljivost PSU-a na kratkotrajne padove napona.

Inače, osim aktivne PFC korekcije, postoji i pasivna, koja uključuje ugradnju induktora visoke induktivnosti u seriji s opterećenjem. Njegova efikasnost je niska i malo je vjerovatno da ćete to pronaći u modernoj PSU.

⇡ Glavni pretvarač

Opći princip rada za sva impulsna napajanja izolirane topologije (sa transformatorom) je isti: ključni tranzistor (ili tranzistori) stvara naizmjeničnu struju na primarnom namotu transformatora, a PWM kontroler kontrolira radni ciklus njihovog prebacivanja. Specifična kola se, međutim, razlikuju kako po broju ključnih tranzistora i drugih elemenata, tako i po karakteristikama kvaliteta: efikasnosti, obliku signala, smetnji, itd. Ali ovdje previše ovisi o specifičnoj implementaciji na koju se vrijedi fokusirati. Za zainteresovane predstavljamo set dijagrama i tabelu koja će im omogućiti da se identifikuju u određenim uređajima po sastavu delova.

Pored gore navedenih topologija, u skupim PSU-ima postoje rezonantne (rezonantne) verzije Half Bridgea, koje je lako prepoznati po dodatnom velikom induktoru (ili dva) i kondenzatoru koji formira oscilatorno kolo.

⇡ Sekundarni krug

Sekundarni krug je sve što je iza sekundarnog namota transformatora. U većini modernih izvora napajanja transformator ima dva namota: iz jednog se uklanja 12 V, a iz drugog 5 V. Struja se prvo ispravlja pomoću sklopa od dvije Schottky diode - jedne ili više po sabirnici (na najopterećeniji autobus - 12 V - postoje četiri sklopa u moćnim izvorima napajanja). Efikasniji u smislu efikasnosti su sinhroni ispravljači, koji koriste tranzistore sa efektom polja umjesto dioda. Ali to je prerogativ istinski naprednih i skupih PSU-a koji imaju 80 PLUS Platinum certifikat.

3.3V šina je tipično izvedena iz istog namotaja kao i 5V šina, samo što se napon smanjuje pomoću prigušnice (Mag Amp). Poseban namotaj na transformatoru od 3,3 V je egzotična opcija. Od negativnih napona u trenutnom ATX standardu ostaje samo -12 V, koji se uklanja iz sekundarnog namota ispod sabirnice od 12 V kroz zasebne niskostrujne diode.

PWM ključna kontrola pretvarača mijenja napon na primarnom namotu transformatora, a time i na svim sekundarnim namotajima odjednom. Istovremeno, trenutna potrošnja računara nikako nije ravnomjerno raspoređena između PSU magistrala. U modernom hardveru, najopterećenija magistrala je 12-V.

Potrebne su dodatne mjere za odvojenu stabilizaciju napona na različitim sabirnicama. Klasična metoda uključuje korištenje grupne stabilizacijske prigušnice. Kroz njegove namote prolaze tri glavne gume, a kao rezultat, ako se struja poveća na jednoj sabirnici, tada napon opada na ostalima. Pretpostavimo da se struja povećala na sabirnici od 12 V, a kako bi spriječio pad napona, PWM kontroler je smanjio radni ciklus ključnih tranzistora. Kao rezultat toga, napon na sabirnici od 5 V mogao je prijeći dopuštene granice, ali je potisnut grupnim stabilizacijskim induktorom.

Napon šine od 3,3 V je dodatno reguliran drugom prigušnom prigušnom koja se može zasititi.

U naprednijoj verziji osigurana je odvojena stabilizacija sabirnica od 5 i 12 V zbog zasićenih prigušnica, ali sada je ovaj dizajn u skupim visokokvalitetnim PSU-ima ustupio mjesto DC-DC pretvaračima. U potonjem slučaju transformator ima jedan sekundarni namotaj sa naponom od 12 V, a naponi od 5 V i 3,3 V dobijaju se preko DC pretvarača. Ova metoda je najpovoljnija za stabilnost napona.

Izlazni filter

Završna faza na svakoj tračnici je filter koji izglađuje talasanje napona uzrokovano ključnim tranzistorima. Osim toga, pulsacije ulaznog ispravljača, čija je frekvencija jednaka dvostrukoj frekvenciji mreže, probijaju se u sekundarni krug jedinice za napajanje na ovaj ili onaj stupanj.

Filter mreškanja uključuje prigušnicu i velike kondenzatore. Kvalitetna napajanja karakterizira kapacitet od najmanje 2.000 mikrofarada, ali proizvođači jeftinih modela imaju rezervu za uštedu kada ugrađuju kondenzatore, na primjer, upola manje vrijednosti, što neizbježno utječe na amplitudu mreškanja.

⇡ Napajanje u stanju pripravnosti +5VSB

Opis komponenti napajanja bio bi nepotpun bez pominjanja standby napona od 5 V, koji omogućava mirovanje računara i osigurava rad svih uređaja koji moraju biti stalno uključeni. "Dežurna soba" se napaja posebnim impulsnim pretvaračem sa transformatorom male snage. U nekim izvorima napajanja postoji i treći transformator koji se koristi u povratnom kolu za izolaciju PWM kontrolera od primarnog kola glavnog pretvarača. U drugim slučajevima ovu funkciju obavljaju optokapleri (LED i fototranzistor u jednom paketu).

⇡ Metodologija ispitivanja napajanja

Jedan od glavnih parametara PSU-a je stabilnost napona, koja se ogleda u tzv. karakteristika unakrsnog opterećenja. KNKH je dijagram u kojem je na jednoj osi ucrtana struja ili snaga na sabirnici od 12 V, a na drugoj je ucrtana ukupna struja ili snaga na sabirnici od 3,3 i 5 V. U tačkama preseka, za različite vrednosti obe varijable, odstupanje napona od nominalnog za jednu ili drugu gumu. Shodno tome, objavljujemo dva različita KNX - za 12 V sabirnicu i za 5 / 3,3 V sabirnicu.

Boja tačke označava procenat odstupanja:

• zelena: ≤ 1%;
• svijetlo zelena: ≤ 2%;
• žuta: ≤ 3%;
• narandžasta: ≤ 4%;
• crvena: ≤ 5%.
• bela: > 5% (nije dozvoljeno ATX standardom).

Za dobivanje CNC-a koristi se prilagođeni stalak za ispitivanje napajanja, koji stvara opterećenje zbog odvođenja topline na moćnim tranzistorima s efektom polja.

Još jedan jednako važan test je određivanje raspona talasa na izlazu PSU. ATX standard dozvoljava talasanje unutar 120 mV za sabirnicu od 12 V i 50 mV za sabirnicu od 5 V. Postoje talasi visoke frekvencije (na dvostruko većoj frekvenciji od glavnog ključa pretvarača) i niskofrekventne (na dvostruko većoj frekvenciji mreže ).

Ovaj parametar mjerimo pomoću Hantek DSO-6022BE USB osciloskopa pri maksimalnom opterećenju napojne jedinice, navedenom u specifikacijama. Na oscilogramu ispod, zeleni grafikon odgovara sabirnici od 12 V, žuti - 5 V. Može se vidjeti da su talasi unutar normalnog raspona, pa čak i sa marginom.

Za poređenje, predstavljamo sliku mreškanja na izlazu PSU starog računara. Ovaj blok u početku nije bio sjajan, ali očigledno nije postao ništa bolji tokom vremena. Sudeći po opsegu niskofrekventnih talasa (imajte na umu da je podjela baze napona povećana na 50 mV kako bi se uklopile oscilacije na ekranu), kondenzator za izravnavanje na ulazu je već postao neupotrebljiv. Visokofrekventno talasanje na sabirnici od 5 V je na granici prihvatljivih 50 mV.

Sljedeći test utvrđuje efikasnost jedinice pri opterećenju od 10 do 100% nazivne snage (upoređivanjem izlazne snage sa ulaznom snagom mjerenom kućnim vatmetrom). Poređenja radi, na grafikonu su prikazani kriterijumi za različite kategorije 80 PLUS. Međutim, ovih dana ne izaziva veliko interesovanje. Grafikon prikazuje rezultate vrhunske Corsair PSU u poređenju sa vrlo jeftinim Antecom, a razlika nije tako velika.

Još hitniji problem za korisnika je buka iz ugrađenog ventilatora. Nemoguće ga je direktno izmjeriti u blizini probnog stola za bučno napajanje, pa brzinu rotacije radnog kola mjerimo laserskim tahometrom - također pri snazi ​​od 10 do 100%. Na donjem grafikonu možete vidjeti da pri malom opterećenju ove PSU, 135 mm ventilator održava nizak broj okretaja u minuti i jedva da se čuje uopće. Pri maksimalnom opterećenju buka se već može razlikovati, ali je nivo još uvijek sasvim prihvatljiv.