Tip Pfc activ. Cum să alegi o sursă de alimentare pentru computer

Nu este un secret că unul dintre principalele blocuri ale unui computer este unitate de putere... La cumpărare ne îndreptăm atenția către diverse caracteristici: puterea maximă a unității, caracteristicile sistemului de răcire și nivelul de zgomot. Dar nu toată lumea pune întrebarea ce este PFC?

Deci, să vedem ce dă PFC

În ceea ce privește comutarea surselor de alimentare (numai acest tip de sursă de alimentare este utilizat în prezent în unitățile de sistem informatic), acest termen înseamnă prezența unui set corespunzător de elemente de circuit în sursa de alimentare.

Corecția factorului de putere- tradus ca „Correcție factor de putere”, există și denumirea de „compensare putere reactivă”.

De fapt, factorul sau factorul de putere este raportul dintre puterea activă (puterea consumată de sursa de alimentare iremediabil) și puterea maximă, adică la suma vectorială a puterii active și reactive. De fapt, factorul de putere (a nu se confunda cu eficiența!) Este raportul dintre puterea utilă și cea primită, iar cu cât este mai aproape de unitate, cu atât mai bine.

PFC vine în două arome - pasiv și activ.
În timpul funcționării, o sursă de alimentare comutată fără PFC suplimentar consumă energie de la rețea în impulsuri scurte, aproximativ coincide cu vârfurile sinusoidei tensiunii rețelei.

Cel mai simplu și, prin urmare, cel mai comun este așa-numitul PFC pasiv, care este o bobină convențională de inductanță relativ mare, conectată la rețea în serie cu sursa de alimentare.

PFC pasiv netezește oarecum impulsurile de curent, întinzându-le în timp - totuși, pentru un efect grav asupra factorului de putere, este nevoie de o bobine de inductanță mare, ale cărei dimensiuni nu permit instalarea acesteia în interiorul unei surse de alimentare a computerului. Factorul de putere tipic al unui PSU cu PFC pasiv este doar aproximativ 0,75.

PFC activ este o altă sursă de alimentare comutată, cu o tensiune de creștere.
După cum puteți vedea, forma curentului consumat de sursa de alimentare cu PFC activ, foarte puțin diferă de consumul unei sarcini rezistive convenționale - factorul de putere rezultat al unei astfel de unități poate ajunge la 0,95 ... 0,98 atunci când funcționează la sarcină maximă.

Adevărat, pe măsură ce sarcina scade, factorul de putere scade, la minimum, coborând la aproximativ 0,7 ... 0,75 - adică la nivelul blocurilor cu PFC pasiv... Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că valorile de vârf ale consumului de curent pentru unitățile cu PFC activ la fel, chiar și la putere mică, vizibil mai puțin decât toate celelalte blocuri.

Pe lângă asta PFC activ oferă un factor de putere aproape de ideal, de asemenea, spre deosebire de cel pasiv, îmbunătățește funcționarea sursei de alimentare - stabilizează suplimentar tensiunea de intrare a stabilizatorului principal al blocului - blocul devine vizibil mai puțin sensibil la tensiunea de rețea scăzută și, atunci când se utilizează PFC activ, blochează cu putere universală 110 ... 230V, care nu necesită comutare manuală a tensiunii de rețea.

Astfel de PSU-uri au o caracteristică specifică - funcționarea lor în combinație cu UPS-uri ieftine care oferă un semnal de pas atunci când funcționează pe baterie. poate cauza funcționarea defectuoasă a computerului, așa că producătorii recomandă utilizarea în astfel de cazuri UPS inteligent care scoate întotdeauna un semnal sinusoidal.

De asemenea folosind PFC activîmbunătățește răspunsul unității de alimentare în timpul scăderilor de tensiune de rețea pe termen scurt (fracțiuni de secundă) - în astfel de momente unitatea funcționează în detrimentul energiei condensatoarelor redresoare de înaltă tensiune, a căror eficiență se dublează cu mult. Un alt avantaj al folosirii PFC activ este nivel scăzut de interferență de înaltă frecvență pe liniile de ieșire, adică Aceste surse de alimentare sunt recomandate pentru utilizare într-un PC cu periferice proiectate să funcționeze cu materiale audio/video analogice.

Acum puțină teorie

Circuitul obișnuit, clasic, de redresare a tensiunii de 220 V AC constă dintr-o punte de diode și un condensator de netezire. Problema este că curentul de încărcare a condensatorului este de natură în impulsuri (durata este de aproximativ 3mS) și, în consecință, un curent foarte mare.

De exemplu, pentru o unitate de alimentare cu o sarcină de 200W, curentul mediu din rețeaua de 220V va fi de 1A, iar curentul de impuls va fi de 4 ori mai mare. Dacă există o mulțime de astfel de surse de alimentare și (sau) sunt mai puternice? ... atunci curenții vor fi pur și simplu nebuni - cablajul, prizele nu vor rezista și va trebui să plătiți mai mult pentru electricitate, pentru că se ia foarte mult în considerare calitatea consumului de curent.

De exemplu, fabricile mari au bănci speciale de condensatoare pentru a compensa „cosinusul”. În tehnologia computerelor moderne, s-au confruntat cu aceleași probleme, dar nimeni nu va instala structuri cu mai multe etaje și au mers în sens invers - un element special este instalat în sursele de alimentare pentru a reduce „impulsul” curentului consumat - PFC.

Diferitele tipuri sunt separate prin culori:

• roșu - unitate de alimentare obișnuită fără PFC,
• galben - din păcate, „o unitate de alimentare obișnuită cu un PFC pasiv”,
• verde - PSU cu PFC pasiv de inductanță suficientă.

Modelul arată procesele când sursa de alimentare este pornită și o defecțiune pe termen scurt după 250mS. O creștere mare în prezența unui PFC pasiv are loc deoarece se acumulează prea multă energie în inductor atunci când se încarcă condensatorul de netezire. Pentru a combate acest efect, unitatea de alimentare este pornită treptat - mai întâi, un rezistor este conectat în serie cu șocul pentru a limita curentul de pornire, apoi este scurtcircuitat.

Pentru o unitate de alimentare fără PFC sau cu un PFC pasiv decorativ, acest rol este jucat de un termistor special cu rezistență pozitivă, adică. rezistența sa crește foarte mult la încălzire. Cu un curent mare, un astfel de element se încălzește foarte repede și curentul scade, apoi se răcește din cauza scăderii curentului și nu are efect asupra circuitului. Astfel, termistorul își îndeplinește funcțiile de limitare numai la curenți de pornire foarte mari.

Pentru PFC-urile pasive, pulsul de curent la pornire nu este atât de mare, iar termistorul nu își îndeplinește adesea funcția de limitare. În PFC-urile pasive normale, mari, pe lângă un termistor, este instalat și un circuit special, dar în cele „tradiționale”, decorative, nu este așa.

Și conform diagramelor în sine. Un PFC pasiv decorativ dă o creștere a tensiunii, care poate duce la o defecțiune a circuitului de alimentare, tensiunea medie este puțin mai mică decât în ​​cazul fără_PFC și cu o întrerupere de scurtă durată, tensiunea scade cu o cantitate mai mare decât fără_PFC. Pe față, o deteriorare clară a proprietăților dinamice. PFC-ul pasiv normal are și propriile sale caracteristici. Dacă nu luăm în considerare explozia inițială, care trebuie neapărat compensată de secvența de comutare, atunci putem spune următoarele:

Tensiunea de ieșire a devenit mai mică. Acest lucru este corect, deoarece nu este egal cu intrarea de vârf, ca pentru primele două tipuri de unități de alimentare, ci cu cea „în funcțiune”. Diferența dintre vârf și actorie este egală cu rădăcina a doi.
Ondularea tensiunii de ieșire este mult mai mică, deoarece unele dintre funcțiile de netezire sunt transferate la șoke.
- Scăderea de tensiune în timpul întreruperilor de curent pe termen scurt este, de asemenea, mai mică din același motiv.
- După eșec, urmează o stropire. Acesta este un dezavantaj foarte semnificativ și este principalul motiv pentru care PFC-urile pasive nu sunt comune. Această supratensiune apare din același motiv pentru care apare atunci când este pornită, dar în cazul pornirii inițiale, un circuit special poate corecta ceva, atunci este mult mai dificil să faci asta în funcțiune.
- Cu o pierdere pe termen scurt a tensiunii de intrare, ieșirea nu se modifică la fel de brusc ca în alte versiuni ale unității de alimentare. Acest lucru este foarte valoros pentru că o schimbare lentă a tensiunii, circuitul de control al sursei de alimentare funcționează cu succes și nu vor exista interferențe la ieșirea sursei de alimentare.

Pentru alte versiuni ale unității de alimentare, cu astfel de defecțiuni la ieșirile unității de alimentare, interferențele vor trece cu siguranță, ceea ce poate afecta fiabilitatea funcționării. Cât de frecvente sunt întreruperile de curent pe termen scurt? Conform statisticilor, 90% din toate situațiile non-standard cu o rețea de 220V se încadrează doar într-un astfel de caz. Principala sursă de apariție este comutarea sistemului de alimentare și conectarea consumatorilor puternici.

Figura arată eficiența PFC în reducerea impulsurilor de curent:

Pentru o unitate de alimentare fără PFC, curentul ajunge la 7,5A, PFC pasiv îl reduce de 1,5 ori, iar PFC normal reduce curentul mult mai mult.

Alegerea unei surse de alimentare pentru computer nu este atât de ușoară pe cât ar părea. Stabilitatea și durata de viață a componentelor computerului vor depinde de alegerea sursei de alimentare, așa că ar trebui să luați această problemă mai în serios. În acest articol voi încerca să enumerez principalele puncte care vor ajuta la determinarea alegerii unei surse de alimentare fiabile.

Putere.
La ieșire, sursa de alimentare oferă următoarele tensiuni +3,3 v, +5 v, +12 v și unele auxiliare -12 v și + 5 VSB. Sarcina principală cade pe linia de +12 V.
Puterea (W - Watt) este calculată folosind formula P = U x I, unde U este tensiunea (V - Volt) și I este puterea curentului (A - Amperi). De aici concluzia, cu cât puterea curentului este mai mare în fiecare linie, cu atât puterea este mai mare. Dar nu totul este atât de simplu, de exemplu, cu o sarcină mare pe linia combinată de +3,3 v și +5 v, puterea pe linia +12 v poate scădea. Să analizăm un exemplu bazat pe marcarea sursei de alimentare Cooler Master RS-500-PSAP-J3 - aceasta este prima fotografie pe care am găsit-o pe Internet.

Se indică puterea totală maximă pe liniile + 3.3V și + 5V = 130W, se indică de asemenea că puterea maximă pe linia + 12V = este de 360W. Vă rugăm să rețineți că există două linii virtuale + 12V1 și + 12V2 de 20 Amperi fiecare - asta nu înseamnă deloc că curentul total este de 40A, deoarece cu un curent de 40A și o tensiune de 12V, puterea ar fi de 480W (12x40 = 480). De fapt, este indicat curentul maxim posibil pe fiecare linie. Curentul maxim real poate fi calculat cu ușurință folosind formula I = P / U, I = 360/12 = 30 Amperi.
Observați și linia de mai jos:
+3.3V și +5V și +12Vtotalieșiretrebuienudepășește 427,9W- rezultă că puterea totală pe toate liniile nu trebuie să depășească 427,9W. Ca rezultat, nu obținem 490 W (130 + 360), ci doar 427,9. Din nou, este important să înțelegem că dacă sarcina pe liniile + 3,3V și 5V este, să zicem, 100W, atunci scăzând 100W din puterea maximă, adică. 427,9 - 100 = 327,9. Ca rezultat, obținem 327,9 W în sold pe linia + 12V. Desigur, în computerele moderne, sarcina pe liniile + 3,3V și + 5V este puțin probabil să fie mai mare de 50-60W, așa că putem presupune cu siguranță că puterea pe linia + 12V va fi de 360W, iar curentul va fi de 30A. .

Calculul sursei de alimentare.
Pentru a calcula puterea sursei de alimentare, puteți folosi acest calculator http://www.extreme.outervision.com/psucalculatorlite.jsp, serviciul este în engleză, dar cred că vă puteți da seama.
Din proprie experiență, pot spune că o sursă de alimentare de 300W este suficientă pentru orice computer de birou. Pentru o sursă de alimentare de gaming există suficientă sursă de alimentare pentru 400 - 500W, pentru cele mai puternice de gaming cu o placă video foarte puternică sau cu două în modul SLI sau Fire încrucișată- este necesară o unitate pentru 600 - 700W.
Procesorul consuma de obicei de la 35 la 135W, placa video de la 30 la 340W, placa de baza 30-40W, 1 banda de memorie 3-5W, hard disk 10-20W. Luați în considerare, de asemenea, că sarcina principală cade pe linia de 12V. Ah, și nu uitați să adăugați o marjă de 20-30% pentru viitor.

Eficienţă.
Eficiența sursei de alimentare va fi de asemenea importantă. Eficiența (coeficientul de performanță) este raportul dintre puterea de ieșire și puterea consumată. Dacă sursa de alimentare ar putea converti energia electrică fără pierderi, atunci eficiența acesteia ar fi de 100%, dar până acum acest lucru este imposibil.
Voi da un exemplu, pentru ca o sursă de alimentare cu o eficiență de 80% să ofere o putere de ieșire de 400W, nu trebuie să consume mai mult de 500W din rețea. Aceeași PSU, dar cu o eficiență de 70%, va consuma aproximativ 571W. Din nou, dacă sursa de alimentare nu este încărcată puternic, de exemplu, la 200W, atunci va consuma și mai puțin din rețea, 250W la o eficiență de 80% și aproximativ 286 la o eficiență de 70%.
Există o organizație care testează sursele de alimentare pentru a îndeplini un anumit nivel de certificare. Certificare 80 Plus a fost realizat numai pentru rețeaua de 115V comună, de exemplu, în SUA. De la nivelul 80 Plus Bronze, sursele de alimentare sunt testate pentru utilizare pe o sursă de alimentare de 230V. De exemplu, pentru a trece nivelul de certificare 80 PlusBronz Eficiența sursei de alimentare ar trebui să fie de 81% la 20% sarcină, 85% la 50% sarcină și 81% la 100% sarcină.

Prezența unuia dintre sigle pe sursa de alimentare indică faptul că sursa de alimentare îndeplinește un anumit nivel de certificare.
Avantajele unei surse de înaltă eficiență:
În primul rând, este eliberată mai puțină energie sub formă de căldură, respectiv, sistemul de răcire al sursei de alimentare trebuie să elimine mai puțină căldură, prin urmare, există mai puțin zgomot de la ventilator. În al doilea rând, mici economii la energie electrică. În al treilea rând, calitatea acestor surse de alimentare este ridicată.

PFC activ sau pasiv?

PFC (Power Factor Correction) - Corecție factor de putere. Factorul de putere este raportul dintre puterea activă și totală (activ + reactiv).

Deoarece sarcina reală are de obicei și componente inductive și capacitive, puterea reactivă se adaugă puterii active. Sarcina nu consumă putere reactivă - primită în timpul unui semiciclu al tensiunii de rețea, este complet returnată rețelei în următoarea jumătate de perioadă, irosind firele de alimentare. Se dovedește că există zero simț de la puterea reactivă și se luptă cu ea, dacă este posibil, cu ajutorul diferitelor dispozitive de corectare.

PFC este pasiv și activ.

Beneficii PFC activ:

PFC activ oferă un factor de putere aproape de ideal (pentru PFC activ 0,95-0,98 față de 0,75 pentru pasiv).
Un PFC activ stabilizează tensiunea de intrare a regulatorului principal, făcând sursa de alimentare mai puțin sensibilă la subtensiune.
PFC activ îmbunătățește răspunsul sursei de alimentare în timpul căderilor de scurtă durată ale rețelei.

Dezavantajele PFC active:

Reduce fiabilitatea sursei de alimentare, deoarece structura sursei de alimentare în sine devine mai complexă. Este necesară răcire suplimentară. În general, avantajele PFC activ depășesc dezavantajele.

În principiu, puteți ignora tipul de PFC. În orice caz, dacă cumpărați o sursă de putere mai mică, cel mai probabil va avea un PFC pasiv, dacă cumpărați o unitate mai puternică de la 500 W, cel mai probabil veți obține o unitate cu un PFC activ.

Sistem de racire pentru surse de alimentare.
Prezența unui ventilator în unitatea de alimentare este considerată o normă, diametrul acestuia fiind de obicei de 120, 135 sau 140 mm.

Cabluri și conectori.
Atentie la numarul de conectori si la lungimea cablurilor care provin de la sursa de alimentare, in functie de inaltimea carcasei trebuie sa alegeti o sursa de alimentare cu cabluri corespunzatoare lungimii. Pentru un corp mic este suficientă o lungime de 40-45 cm.

O sursă de alimentare modernă are următorii conectori:

	Conector cu 24 de pini pentru alimentarea plăcii de bază. De obicei, 20 și 4 contacte separate, uneori solide.
	Soclu procesor. De obicei 4-pini, pentru procesoare mai puternice se folosește 8-pini.
	Conector pentru alimentare suplimentară a plăcii video. 6 și 8 pini. 8 pini, uneori combinate 6 + 2 contacte.
	Conector SATA pentru conectarea hard disk-urilor și unităților optice.
	Conector cu 4 pini (Molex) pentru conectarea vechilor hard disk-uri IDE și unități optice, folosit și pentru conectarea ventilatoarelor.
	Conector cu 4 pini pentru conectarea unităților FDD.

Cabluri și conectori modulare.
Multe surse de alimentare mai puternice folosesc acum cabluri modulare. Acest lucru este convenabil prin faptul că nu este nevoie să păstrați cablurile neutilizate în interiorul carcasei, în plus, există mai puțină confuzie cu firele, adăugăm doar dacă este necesar. Absența cablurilor inutile îmbunătățește și circulația aerului în carcasă. De obicei, aceste surse de alimentare au doar conectori nedetașabili pentru alimentarea plăcii de bază și a procesorului.

Producătorii.
Producătorii de surse de alimentare sunt împărțiți în trei grupuri:

1. Ei își produc produsele - acestea sunt mărci precum FSP, Enermax, HEC, Seasonic, Delta, Hipro.
2. Ei își produc produsele, transferând parțial producția către alte companii, de exemplu, Corsair, Antec, Silverstone, PC Power & Cooling, Zalman.
3. Revând sub propria marcă (unele afectează calitatea și alegerea componentelor, altele nu), de exemplu Chiftec, Cooler Master, Gigabyte, OCZ, Thermaltake.

Puteți achiziționa în siguranță produsele acestor mărci. Pe Internet, puteți găsi recenzii și teste ale multor surse de alimentare și puteți naviga prin ele.
Sper că acest articol vă va ajuta să răspundeți la întrebarea „ cum să alegi o sursă de alimentare pentru computer?».

PFC (Power Factor Correction) se traduce prin „Power Factor Correction”, și denumirea de „compensare a puterii reactive”. În ceea ce privește comutarea surselor de alimentare (numai acest tip de sursă de alimentare este utilizat în prezent în unitățile de sistem informatic), acest termen înseamnă prezența unui set corespunzător de elemente de circuit în unitatea de alimentare, care se mai numește și „PFC”. Aceste dispozitive sunt concepute pentru a reduce puterea reactivă consumată de sursa de alimentare.

De fapt, factorul sau factorul de putere este raportul dintre puterea activă (puterea consumată de sursa de alimentare iremediabil) și puterea maximă, adică la suma vectorială a puterii active și reactive. De fapt, factorul de putere (a nu se confunda cu eficiența!) Este raportul dintre puterea utilă și cea primită, iar cu cât este mai aproape de unitate, cu atât mai bine.
PFC vine în două arome - pasiv și activ.
În timpul funcționării, o sursă de alimentare comutată fără PFC suplimentar consumă energie de la rețea în impulsuri scurte, aproximativ coincide cu vârfurile sinusoidei tensiunii rețelei.

Cel mai simplu și, prin urmare, cel mai comun este așa-numitul PFC pasiv, care este o bobină convențională de inductanță relativ mare conectată la rețea în serie cu sursa de alimentare.

PFC pasiv netezește oarecum impulsurile de curent, întinzându-le în timp - totuși, pentru un efect grav asupra factorului de putere, este nevoie de o bobine de inductanță mare, ale cărei dimensiuni nu permit instalarea acesteia în interiorul unei surse de alimentare a computerului. Factorul de putere tipic al unui PSU cu un PFC pasiv este de numai aproximativ 0,75.

PFC activ este o altă sursă de alimentare comutată, cu o tensiune de creștere.
Forma curentului consumat de o sursă de alimentare cu un PFC activ diferă foarte puțin de consumul unei sarcini rezistive convenționale - factorul de putere rezultat al unei astfel de surse de alimentare fără o unitate PFC poate ajunge la 0,95 ... 0,98 atunci când funcționează la maxim. sarcină. Adevărat, pe măsură ce sarcina scade, factorul de putere scade, la minimum, coborând la aproximativ 0,7 ... 0,75 - adică la nivelul blocurilor cu PFC pasiv. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că valorile de vârf ale consumului de curent pentru unitățile cu un PFC activ sunt încă vizibil mai mici, chiar și la putere scăzută, decât pentru toate celelalte unități.

Pe lângă faptul că PFC activ oferă un factor de putere aproape de ideal, de asemenea, spre deosebire de cel pasiv, îmbunătățește funcționarea sursei de alimentare - stabilizează suplimentar tensiunea de intrare a stabilizatorului principal al blocului - blocul devine vizibil mai puțin sensibile la tensiunea de rețea redusă, de asemenea, atunci când se utilizează un PFC activ, blocurile sunt destul de ușor de proiectat cu o sursă de alimentare universală de 110 ... 230V, care nu necesită comutarea manuală a tensiunii de rețea. (Asemenea PSU-uri au o caracteristică specifică - funcționarea lor în combinație cu UPS-uri ieftine care oferă un semnal de pas atunci când funcționează pe baterie poate duce la defecțiuni ale computerului, așa că producătorii recomandă utilizarea UPS-urilor inteligente în astfel de cazuri, care emit întotdeauna un semnal sinusoidal.)

De asemenea, utilizarea unui PFC activ îmbunătățește răspunsul sursei de alimentare în timpul căderilor de tensiune de rețea pe termen scurt (fracțiuni de secundă) - în astfel de momente unitatea funcționează în detrimentul energiei condensatoarelor redresoare de înaltă tensiune, eficiență din care se dublează mai mult. Un alt avantaj al utilizării PFC activ este nivelul scăzut de interferență de înaltă frecvență pe liniile de ieșire.

De exemplu, tensiunea la 1 picior al FAN7530 depinde de divizorul asamblat pe R10 și R11 și, în consecință, de condensatorul C9.

Surse de alimentare liniare și comutatoare

Să începem cu elementele de bază. Sursa de alimentare a computerului dumneavoastră are trei funcții. În primul rând, curentul alternativ de la sursa de alimentare de uz casnic trebuie convertit în curent continuu. A doua sarcină a unității de alimentare este de a reduce tensiunea de 110-230 V, care este excesivă pentru electronica computerului, la valorile standard cerute de convertoarele de putere ale componentelor individuale ale PC-ului - 12 V, 5 V și 3,3 V (precum și tensiunile negative, despre care vom vorbi puțin mai târziu) ... În cele din urmă, PSU joacă rolul unui stabilizator de tensiune.

Există două tipuri principale de surse de alimentare care îndeplinesc aceste funcții - liniare și comutatoare. Cea mai simplă unitate de alimentare liniară se bazează pe un transformator, pe care tensiunea AC este redusă la valoarea necesară, iar apoi curentul este redresat printr-o punte de diode.

Cu toate acestea, PSU este necesar să stabilizeze tensiunea de ieșire, ceea ce se datorează atât instabilității tensiunii din rețeaua de uz casnic, cât și căderii de tensiune ca răspuns la o creștere a curentului în sarcină.

Pentru a compensa căderea de tensiune, într-o sursă de alimentare liniară, parametrii transformatorului sunt calculați astfel încât să furnizeze surplus de putere. Apoi, la un curent mare în sarcină, se va respecta tensiunea necesară. Cu toate acestea, supratensiunea care apare fără nicio compensare pentru curentul scăzut din sarcina utilă este, de asemenea, inacceptabilă. Supratensiunea este eliminată prin adăugarea unei sarcini neutile la circuit. În cel mai simplu caz, acesta este un rezistor sau un tranzistor conectat printr-o diodă Zener. Într-unul mai avansat, tranzistorul este controlat de un microcircuit cu comparator. Oricum ar fi, puterea în exces este pur și simplu disipată sub formă de căldură, ceea ce afectează negativ eficiența dispozitivului.

În circuitul de alimentare cu impulsuri, apare o altă variabilă, de care depinde tensiunea de ieșire, pe lângă cele două deja disponibile: tensiunea de intrare și rezistența de sarcină. În serie cu sarcina, există o cheie (care în cazul care ne interesează este un tranzistor), controlată de un microcontroler în modul de modulare a lățimii impulsului (PWM). Cu cât durata stărilor deschise ale tranzistorului este mai mare în raport cu perioada lor (acest parametru se numește ciclu de lucru, în terminologia rusă se folosește valoarea inversă - ciclul de funcționare), cu atât tensiunea de ieșire este mai mare. Datorită prezenței unui comutator, sursa de alimentare în comutație se mai numește și sursă de alimentare în mod comutat (SMPS).

Niciun curent nu trece printr-un tranzistor închis, iar rezistența unui tranzistor deschis este în mod ideal neglijabilă. În realitate, un tranzistor deschis are rezistență și disipează o parte din putere sub formă de căldură. În plus, tranziția între stările unui tranzistor nu este în mod ideal discretă. Și totuși, eficiența unei surse de curent de comutare poate depăși 90%, în timp ce eficiența unui PSU liniar cu stabilizator ajunge la 50% în cel mai bun caz.

Un alt avantaj al comutării surselor de alimentare este o reducere radicală a dimensiunii și greutății transformatorului în comparație cu sursele de alimentare liniare de aceeași putere. Se știe că cu cât frecvența curentului alternativ în înfășurarea primară a transformatorului este mai mare, cu atât dimensiunea necesară a miezului și numărul de spire ale înfășurării sunt mai mici. Prin urmare, tranzistorul cheie din circuit este plasat nu după, ci înaintea transformatorului și, pe lângă stabilizarea tensiunii, este utilizat pentru a obține curent alternativ de înaltă frecvență (pentru sursele de alimentare pentru computer, acesta este de la 30 la 100 kHz și mai sus, și de regulă - aproximativ 60 kHz). Un transformator care funcționează la o frecvență electrică de 50-60 Hz, pentru puterea necesară unui computer standard, ar fi de zece ori mai masiv.

Sursele de alimentare liniare sunt folosite astăzi în principal în cazul dispozitivelor de putere redusă, când electronica relativ complexă necesară pentru o sursă de alimentare comutată este un element de cost mai sensibil în comparație cu un transformator. Acestea sunt, de exemplu, surse de alimentare de 9 V, care sunt folosite pentru pedalele de efecte de chitară și la un moment dat - pentru console de jocuri etc. Dar încărcătoarele pentru smartphone-uri sunt deja complet impuls - aici costurile sunt justificate. Datorită amplitudinii de ondulare a tensiunii semnificativ mai scăzute la ieșire, sursele de alimentare liniare sunt, de asemenea, utilizate în acele zone în care această calitate este solicitată.

⇡ Schema generală a unei surse de alimentare ATX

Unitatea de alimentare a unui computer desktop este o sursă de alimentare comutată, a cărei intrare este alimentată cu o tensiune de alimentare de uz casnic cu parametri de 110/230 V, 50-60 Hz, iar la ieșire există un număr de linii DC , dintre care principalele au o valoare nominală de 12, 5 și 3,3 V În plus, PSU oferă -12 V, iar o dată și -5 V necesar pentru magistrala ISA. Dar acesta din urmă a fost la un moment dat exclus din standardul ATX din cauza încetării suportului pentru ISA în sine.

Pe schema simplificată a unei surse de alimentare cu impulsuri standard prezentată mai sus, pot fi distinse patru etape principale. În aceeași ordine, luăm în considerare componentele surselor de alimentare în recenzii, și anume:

1. filtru EMI - interferență electromagnetică (filtru RFI);
2. circuit primar - redresor de intrare, tranzistori cheie (comutator) care creează curent alternativ de înaltă frecvență pe înfășurarea primară a transformatorului;
3. transformator principal;
4. circuit secundar - redresoare de curent din înfășurarea secundară a transformatorului (redresoare), filtre de netezire la ieșire (filtrare).

⇡ Filtru EMI

Filtrul de la intrarea sursei de alimentare servește la suprimarea a două tipuri de interferențe electromagnetice: diferențială (mod diferențial) - când curentul de interferență curge în direcții diferite în liniile de alimentare și modul comun - când curentul curge într-o singură direcție.

Zgomotul diferențial este suprimat de un condensator CX (condensator de film galben mare în fotografia de mai sus) conectat în paralel cu sarcina. Uneori, pe fiecare fir care îndeplinește aceeași funcție este atârnată suplimentar un șoc (nu în diagramă).

Filtrul de mod comun este format din condensatoare CY (condensatoare ceramice în formă de picătură albastră din fotografie), într-un punct comun care conectează liniile de alimentare la masă etc. bobina de mod comun (LF1 în diagramă), curentul în cele două înfășurări ale cărei circulație în aceeași direcție, ceea ce creează rezistență pentru zgomotul de mod comun.

La modelele ieftine se instalează un set minim de piese de filtrare, la modelele mai scumpe schemele descrise formează legături repetate (complet sau parțial). În trecut, PSU-urile erau adesea întâlnite fără un filtru EMI. Acum, aceasta este mai degrabă o excepție curioasă, deși cumpărând o sursă de alimentare foarte ieftină, puteți totuși să vă confruntați cu o astfel de surpriză. Drept urmare, nu numai și nu atât de mult computerul în sine va avea de suferit, ci și alte echipamente incluse în rețeaua casnică - sursele de alimentare cu impuls sunt o sursă puternică de interferență.

În zona filtrului unui PSU bun, puteți găsi mai multe părți care protejează dispozitivul în sine sau proprietarul său de deteriorare. Există aproape întotdeauna o siguranță mai simplă pentru protecția la scurtcircuit (F1 în diagramă). Rețineți că atunci când siguranța se arde, obiectul protejat nu mai este sursa de alimentare. Dacă apare un scurtcircuit, înseamnă că tranzistoarele cheie au spart deja și este important cel puțin să preveniți aprinderea cablurilor electrice. Dacă siguranța din unitatea de alimentare se arde brusc, atunci schimbarea acesteia cu una nouă este cel mai probabil inutilă.

Protecție împotriva termen scurt supratensiuni folosind un varistor (MOV - Metal Oxide Varistor). Dar nu există mijloace de protecție împotriva creșterilor prelungite de tensiune în sursele de alimentare ale computerelor. Această funcție este îndeplinită de stabilizatori externi cu transformator propriu în interior.

Condensatorul din PFC după redresor poate menține o încărcare semnificativă după ce a fost deconectat de la sursa de alimentare. Pentru ca o persoană neatentă care își bagă degetul în conectorul de alimentare să nu primească un șoc electric, între fire este instalat un rezistor mare de descărcare (rezistor de purtare). Într-o versiune mai sofisticată - împreună cu un circuit de control care împiedică scurgerea încărcăturii în timpul funcționării dispozitivului.

Apropo, prezența unui filtru în sursa de alimentare a PC-ului (și în unitatea de alimentare a monitorului și aproape orice echipament de calculator care există) înseamnă că cumpărarea unui „protector de supratensiune” separat în loc de un prelungitor obișnuit este, in general, inutil. El are la fel înăuntru. Singura condiție în orice caz este o cablare normală cu trei pini cu împământare. În caz contrar, condensatorii CY, conectați la masă, pur și simplu nu își pot îndeplini funcția.

⇡ Redresor de intrare

După filtru, curentul alternativ este convertit în curent continuu folosind o punte de diode - de obicei ca un ansamblu într-o carcasă comună. Un radiator separat pentru racirea podului este foarte apreciat. O punte formată din patru diode discrete este un atribut al surselor de alimentare ieftine. De asemenea, puteți întreba pentru ce curent este proiectat puntea pentru a determina dacă se potrivește cu puterea alimentatorului în sine. Deși, de regulă, există o marjă bună pentru acest parametru.

⇡ Bloc PFC activ

Într-un circuit de curent alternativ cu o sarcină liniară (cum ar fi o lampă cu incandescență sau o sobă electrică), fluxul de curent urmează aceeași undă sinusoidală ca și tensiunea. Dar nu este cazul dispozitivelor care au un redresor de intrare, cum ar fi comutarea surselor de alimentare. Sursa de alimentare trece curentul în impulsuri scurte care coincid aproximativ în timp cu vârfurile tensiunii sinusoidale (adică tensiunea maximă instantanee) atunci când condensatorul de netezire a redresorului este reîncărcat.

Semnalul de curent distorsionat este descompus în mai multe oscilații armonice în plus față de sinusoida amplitudinii date (semnalul ideal care ar apărea cu o sarcină liniară).

Puterea folosită pentru a efectua lucrări utile (care, de fapt, este încălzirea componentelor PC-ului) este indicată în caracteristicile unității de alimentare și se numește activă. Restul puterii generate de fluctuațiile curentului armonic se numește reactiv. Nu produce muncă utilă, dar încălzește firele și pune o sarcină asupra transformatoarelor și a altor echipamente de alimentare.

Suma vectorială a puterii reactive și active se numește putere aparentă. Iar raportul dintre puterea activă și puterea totală se numește factor de putere - nu trebuie confundat cu eficiența!

Într-o sursă de alimentare cu impulsuri, factorul de putere este inițial destul de scăzut - aproximativ 0,7. Pentru un consumator privat, puterea reactivă nu este o problemă (din fericire, nu este luată în calcul de contoarele de energie electrică), decât dacă folosește un UPS. Puterea maximă a sarcinii cade pe sursa de alimentare neîntreruptibilă. La scara unei rețele de birouri sau oraș, puterea reactivă în exces creată de sursele de alimentare cu impulsuri reduce deja semnificativ calitatea sursei de alimentare și provoacă costuri, prin urmare se luptă activ cu aceasta.

În special, marea majoritate a surselor de alimentare pentru computere sunt echipate cu circuite de corecție activă a factorului de putere (Active PFC). O unitate PFC activă poate fi identificată cu ușurință printr-un singur condensator mare și prin sufocare în aval de redresor. În esență, Active PFC este un alt convertor de impulsuri care menține o încărcare constantă a condensatorului cu o tensiune de aproximativ 400 V. În acest caz, curentul de la rețea este consumat în impulsuri scurte, a căror lățime este selectată astfel încât semnalul este aproximată printr-o undă sinusoidală - care este necesară pentru a simula o sarcină liniară. ... PFC are o logică specială pentru a sincroniza semnalul de consum de curent cu unda sinusoidală de tensiune.

Circuitul PFC activ conține una sau două tranzistoare cheie și o diodă puternică, care sunt plasate pe același radiator cu tranzistoarele cheie ale convertorului principal de alimentare. De obicei, controlerul PWM al cheii convertizorului principal și cheia PFC activă sunt un singur microcircuit (Combo PWM / PFC).

Factorul de putere al comutării surselor de alimentare cu PFC activ ajunge la 0,95 și mai mult. În plus, au un avantaj suplimentar - nu au nevoie de un întrerupător de rețea de 110/230 V și de un dublator de tensiune corespunzător în interiorul alimentatorului. Majoritatea PFC-urilor pot gestiona tensiuni între 85 și 265 V. În plus, sensibilitatea PSU-ului la scăderi scurte de tensiune este redusă.

Apropo, pe lângă corecția PFC activă, există și una pasivă, care implică instalarea unei șocuri mari de inductanță în serie cu sarcina. Eficiența sa este scăzută și cu greu veți găsi așa ceva într-o unitate de alimentare modernă.

⇡ Convertor principal

Principiul general de funcționare pentru toate PSU-urile cu impulsuri cu o topologie izolată (cu un transformator) este același: tranzistorul cheie (sau tranzistoarele) creează un curent alternativ pe înfășurarea primară a transformatorului, iar controlerul PWM controlează ciclul de lucru al comutarea lor. Cu toate acestea, circuitele specifice diferă atât în ​​ceea ce privește numărul de tranzistori cheie și alte elemente, cât și în caracteristicile de calitate: eficiență, forma semnalului, interferență etc. Dar aici depinde prea mult de implementarea specifică pe care merită să ne concentrăm. Pentru cei interesați, vă prezentăm un set de diagrame și un tabel care vor face posibilă identificarea acestora în dispozitive specifice prin compoziția pieselor.

Pe lângă topologiile enumerate, în sursele de alimentare scumpe există variante rezonante de Half Bridge, care sunt ușor de identificat printr-un inductor suplimentar mare (sau două) și un condensator care formează un circuit oscilator.

⇡ Circuit secundar

Circuitul secundar este tot ceea ce este situat după înfășurarea secundară a transformatorului. În majoritatea surselor de alimentare moderne, transformatorul are două înfășurări: dintr-una dintre ele este îndepărtată tensiunea de 12 V, pe de altă parte - 5 V. Curentul este mai întâi redresat folosind un ansamblu de două diode Schottky - una sau mai multe pe magistrală ( pe magistrala cea mai puternic încărcată - 12 V - există patru ansambluri în PSU-uri puternice). Redresoarele sincrone, în care se folosesc tranzistori cu efect de câmp în loc de diode, sunt mai eficiente din punct de vedere al eficienței. Dar aceasta este prerogativa PSU-urilor cu adevărat avansate și scumpe care pretind certificarea 80 PLUS Platinum.

Șina de 3,3 V este de obicei extrasă din aceeași înfășurare ca șina de 5 V, doar tensiunea este redusă cu un inductor saturabil (Mag Amp). O înfășurare specială a transformatorului de 3,3 V este o opțiune exotică. Dintre tensiunile negative din standardul actual ATX, rămâne doar -12 V, care este îndepărtat din înfășurarea secundară sub magistrala de 12 V prin diode separate de curent scăzut.

Controlul PWM al cheii convertorului schimbă tensiunea pe înfășurarea primară a transformatorului și, prin urmare, pe toate înfășurările secundare simultan. În același timp, consumul de curent de către computer nu este în niciun caz distribuit uniform între magistralele de alimentare. În hardware-ul modern, cel mai aglomerat autobuz este 12V.

Pentru stabilizarea separată a tensiunilor pe diferite magistrale, sunt necesare măsuri suplimentare. Metoda clasică presupune utilizarea unei clapete de accelerație de stabilizare a grupului. Trei magistrale principale sunt trecute prin înfășurările sale și, ca urmare, dacă curentul crește pe o magistrală, tensiunea scade pe celelalte. Să presupunem că curentul de pe magistrala de 12 V a crescut și, pentru a preveni căderea de tensiune, controlerul PWM a redus ciclul de lucru al tranzistoarelor cheie. Ca urmare, tensiunea de pe magistrala de 5 V ar putea ieși din interval, dar a fost suprimată de șocul de stabilizare a grupului.

Tensiunea de pe șina de 3,3 V este reglată suplimentar de un alt șoc saturabil.

Într-o versiune mai avansată, stabilizarea separată a magistralelor de 5 și 12 V este furnizată datorită șocurilor saturabile, dar acum acest design în surse de alimentare scumpe de înaltă calitate a făcut loc convertoarelor DC-DC. În acest din urmă caz, transformatorul are o singură înfășurare secundară cu o tensiune de 12 V, iar tensiunile de 5 V și 3,3 V sunt obținute datorită convertoarelor DC/DC. Această metodă este cea mai favorabilă pentru stabilitatea tensiunii.

Filtru de ieșire

Etapa finală pe fiecare magistrală este un filtru care netezește ondulația de tensiune cauzată de tranzistoarele comutatoare. În plus, pulsațiile redresorului de intrare, a cărui frecvență este egală cu dublul frecvenței sursei de alimentare, pătrund în circuitul secundar al unității de alimentare.

Filtrul de ondulare include un șoc și condensatoare mari. Pentru sursele de alimentare de înaltă calitate, este caracteristică o capacitate de cel puțin 2.000 μF, dar producătorii de modele ieftine au o rezervă de economisire atunci când instalează condensatori, de exemplu, jumătate din valoarea nominală, ceea ce afectează inevitabil amplitudinea ondulației.

⇡ Mâncare standby + 5VSB

Descrierea componentelor sursei de alimentare ar fi incompleta fara mentionarea sursei de tensiune standby de 5 V, care face posibila hibernarea PC-ului si asigura functionarea tuturor dispozitivelor care trebuie pornite in orice moment. „Dzhurka” este alimentat de un convertor separat de impulsuri cu un transformator de putere redusă. În unele surse de alimentare, există un al treilea transformator utilizat în circuitul de feedback pentru a izola controlerul PWM de circuitul primar al convertorului principal. În alte cazuri, această funcție este îndeplinită de optocuplere (LED și fototranzistor în același pachet).

⇡ Metodologia de testare a surselor de alimentare

Unul dintre principalii parametri ai unei surse de alimentare este stabilitatea tensiunii, care se reflectă în așa-numitul. caracteristica de sarcină încrucișată. KNX este o diagramă în care curentul sau puterea de pe magistrala de 12 V este reprezentată pe o axă, iar curentul sau puterea totală de pe magistralele de 3,3 și 5 V este reprezentată pe cealaltă. La punctele de intersecție pentru diferite valori ale ambele variabile, abaterea tensiunii de la valoarea nominală este determinată de o anumită magistrală. În consecință, publicăm două KHX diferite - pentru șina de 12V și pentru șina de 5 / 3.3V.

Culoarea punctului înseamnă procentul de abatere:

• verde: ≤ 1%;
• verde deschis: ≤ 2%;
• galben: ≤ 3%;
• portocaliu: ≤ 4%;
• roșu: ≤ 5%.
• alb:> 5% (nu este permis de ATX).

Pentru a obține KNH, se folosește un banc de testare a sursei de alimentare personalizat, care creează o sarcină datorită disipării căldurii pe tranzistoare puternice cu efect de câmp.

Un alt test la fel de important este determinarea amplitudinii ondulației la ieșirea PSU. Standardul ATX permite ondularea în intervalul de 120 mV pentru magistrala de 12 V și 50 mV pentru magistrala de 5 V. Există ondulații de înaltă frecvență (la frecvența dublată a tastei convertizorului principal) și joasă frecvență (la frecvența dublată a reţeaua de alimentare).

Măsurăm acest parametru utilizând un osciloscop USB Hantek DSO-6022BE la sarcina maximă de alimentare specificată de specificații. Pe oscilograma de mai jos, graficul verde corespunde magistralei de 12 V, cel galben la 5 V. Se poate observa că ondulația este în intervalul normal, și chiar cu o marjă.

Pentru comparație, prezentăm o imagine a ondulației la ieșirea unității de alimentare a vechiului computer. Acest bloc nu a fost inițial remarcabil, dar în mod clar nu s-a îmbunătățit din când în când. Judecând după intervalul de ondulare de joasă frecvență (rețineți că diviziunea de baleiaj a tensiunii este crescută la 50 mV pentru a se potrivi cu oscilațiile de pe ecran), condensatorul de netezire de la intrare a devenit deja inutilizabil. Ondularea de înaltă frecvență pe magistrala de 5 V este la limita celor 50 mV admisibili.

Următorul test determină eficiența unității la o sarcină între 10% și 100% din puterea nominală (prin compararea puterii de ieșire cu puterea de intrare măsurată cu un wattmetru de uz casnic). Pentru comparație, graficul arată criteriile pentru diferitele categorii 80 PLUS. Cu toate acestea, acest lucru nu provoacă prea mult interes în zilele noastre. Graficul arată rezultatele PSU-ului Corsair de vârf față de Antec-ul foarte ieftin, dar diferența nu este atât de mare.

O întrebare mai presantă pentru utilizator este zgomotul de la ventilatorul încorporat. Este imposibil să-l măsori direct lângă standul zgomotos pentru testarea unității de alimentare, așa că măsuram viteza de rotație a rotorului cu un tahometru cu laser - tot la o putere de la 10 la 100%. Graficul de mai jos arată că la sarcină mică pe această alimentare, ventilatorul de 135 mm rămâne scăzut și nu se aude deloc. La sarcina maximă, zgomotul poate fi deja deslușit, dar nivelul este încă destul de acceptabil.