Для оценки блока питания может использоваться много приемов, но вам не кажется, что многие из них ничем не отличаются от того, что пропагандируется средствами вещания? А именно, являются рекламой. Можно понять производителей, их задача заинтере..., о чем это я? – продать свой товар. И чем меньше предоставляется конечному пользователю достоверной информации, тем лучше. Хотя сразу возникает вопрос – кому от этого лучше? Увы, не потребителю этой продукции, не нам с вами. Так что вынужден извиниться за обилие технической информации, которую подчас сложно сразу охватить неподготовленному читателю.
Пройдет некоторое время, накопится опыт и специфические знания по тематике, и вам станет четче заметна разница между различными типами и конкретными моделями тестируемых устройств. Это позволит выбрать как раз то, что нужно именно вам. На этом вопрос «переизбытка ненужной цифири» позвольте закрыть, хотя бы временно.
Для оценки блока питания существует много приемов, но методики тестирования БП в русскоязычном сегменте интернета в большинстве своем состоят из следующих разделов:
Данный набор не является фиксированным, часть пунктов может отсутствовать или оказаться несколько модифицированными, но суть остается прежней. Даже беглый просмотр приведенных пунктов заставляет задаться вопросом – а тестирование-то где? Называли бы уж прямо – «обзор и реклама». Давайте пройдемся по каждому разделу, вдруг что-то действительно важное было упущено?
Внешний вид
Бывают разные изделия. Какие-то призваны услаждать взор, другие служат чисто утилитарным целям – обеспечивать работоспособность устройства.
Что касается блоков питания, то они используются только в составе системы и об их существовании пользователь может вспомнить лишь в момент очередной модернизации ПК, да и то не всегда. А до тех пор конкретный блок лишь число в спецификации оборудования и пользы от него ровным счетом никакой. При сборке можно заложить очень мощный «фирменный» БП и он прослужит ровно столько же, сколько и просто «добротный» – весь период времени жизни системного блока. Впрочем, данная характеристика скорее относится к «техническим» свойствам устройства. Что до «внешнего вида», то его целесообразность такая же, как у хряка в стразах, тьфу, БП в стразах.
Однако стоит отметить, что существует небольшой класс пользователей, увлекающихся моддингом. Различного вида подсветки, специальные прозрачные корпуса системных блоков – для всего этого весьма подходит гармонично выполненный и стильный тип корпуса БП. Но, увы, при этом не надо забывать, что в большинстве своем внутреннее обустройство системного блока выполняется в стандартных цветах «металлик» и БП черного или синего цвета будет лишь выпячиваться на фоне других компонентов. Короче говоря, внешний вид блока может быть и важен для (крайне незначительной) части покупателей, все остальные вынуждены оплачивать дизайнерские изыски компании-производителя из своего кармана.
Что до оформления коробки устройства, то смысла в ней еще меньше. Существуют полезные новшества, например, ручки для переноски или специальный корпус/упаковка из какого-нибудь благородного материала. Это неизбежно вызывает взрыв зависти у всех тех, кто не может позволить себе приобрести бессмысленно дорогую модель. Остается лишь понять, к какой стороне вам хочется быть отнесенным – тех, кто восторгается функцией, которой воспользуется один лишь раз и забудет о ней, или к другой стороне, не ставших тратить на это свои деньги.
Позвольте оценить полезность внешнего вида как «не важно» и не тратить на него ни свое, ни ваше время.
Внутреннее устройство блока питания
Знаете, всегда интересно посмотреть «что внутри коробки» и блоки питания в этом качестве очень любопытны. Большая мощность и крайне ограниченный объем порождают весьма изысканные конструктивные решения. Но что может полезного сообщить осмотр достопримечательностей? Наличие конденсаторов известных фирм повышенного качества? Или особо развитую сеть теплоотводящих элементов?... Или меру (не)удачности схемного решения? Пройдемся бегло по этим пунктам.
«Японские/твердотельные конденсаторы».
Хорошие конденсаторы значат очень много для блока питания. Скорее даже так – их срок службы, который может оказаться меньше ожидаемого пользователем, зависит только от скорости деградации свойств конденсаторов.
Причин здесь две – практически во всех БП конденсаторы работают либо на предельном уровне тока, либо превышают этот порог «до» нескольких раз. Типичный пример – конденсатор в выпрямителе 5VSB. Большинство (практически все) блоков питания средне-низкого качества выходят из строя из-за «высыхания» конденсатора в этой цепи. Большой импульсный ток, в несколько раз превышающий предельно допустимый, небольшие размеры, не слишком продуваемое место в топологии БП, влияние рядом расположенного радиатора низковольтной части (наиболее прогретого). Как следствие, «бесплатная помощь» не пропадает зря, конденсатор выходит из строя непозволительно быстро.
Для электролитических конденсаторов существует гарантированное время наработки, которое быстро сходит к «сотням часов» при приближении к предельной температуре и/или превышении максимального импульсного тока (последний вызывает сильный локальный нагрев внутренних структур конденсатора). Можно посмотреть характеристики весьма качественных устройств, которые могут устанавливаться в это схемное решение (однотактный обратноходовой преобразователь).
Возьмем типичное решение, 5VSB с предельным током нагрузки 2 ампера. Средняя скважность преобразователя 25%, что означает повышающий коэффициент *1.5 (цифра условная) тока конденсатора по отношению к выходной величине. Модель:
Форма токов в трех контрольных точках:
Импульсная форма тока через диод и конденсатор совпадают, различаются они лишь уровнем постоянной составляющей – конденсатор отдает запасенную энергию в момент паузы.
В спектральной плоскости:
Ток через конденсатор превышает выходной ток преобразователя уже на 15% и только для первой гармоники. Следующая гармоника идет с такой же весьма существенной составляющей, как и последующие. При этом следует учесть, что повышенная частота импульсного тока через конденсатор вызывает больший нагрев внутренних структур, чем ток низкой частоты, и его нормируют меньшей величины. К тому же, данная симуляция выполняет усреднение тока, а для правильного анализа требуется выполнять усреднение мощности (среднеквадратическое усреднение) и «действующая» величина тока окажется гораздо выше «+15%».
Впрочем, попробуем забыть эти «мелочи» и просто посмотрим на достаточно качественную (и типичную для БП) серию конденсаторов. Скажем, Teapo серия SC. Температура 105 градусов, рабочая частота 100 КГц – им самое место под данное применение. Номинальное напряжение конденсатора должно быть не менее 6.3 В, но в ответственной цепи это слишком маленький запас – то есть 10 В. Под 2.3 ампера подходит либо 4700 мкФ, либо 6800 мкФ. В любом случае это будет конденсатор диаметром 16 мм и высотой 36 мм. Чем менее «фирменный» конденсатор в данной схеме, тем больше должны быть его геометрические размеры.
Теперь вопрос – вы когда-нибудь видели конденсаторы подобного размера в этой части БП? 16 х 36 весьма крупный конденсатор, не поленитесь дотянуться до линейки. При этом следует учесть, что расчеты составлены для тока нагрузки 2 ампера, а некоторые производители маркируют свои изделия цифрами «3 А», «3.5 А» и даже «4..5 А». Увеличение частоты преобразователя не снижает броски тока через конденсатор, здесь требуется сменить топологию,… которая сразу резко взвинтит цену и увеличит занимаемое место на плате, которого и так вечно не хватает.
Возвращаясь к обсуждаемой теме, хочется поинтересоваться, сколько раз вы видели, чтобы авторы обзоров после представления видов исполнения блока питания хоть как-то отмечали очевидно недостаточную «мощность» конденсатора по цепи 5VSB? При этом позвольте напомнить, конденсатор в этом месте «практически» определяет срок службы всего продукта, это крайне важный параметр надежности. И что? Открывают блок питания только для поиска «японских конденсаторов»... Думаю, с этим вопросом ясно.
Переходим к «твердотельным конденсаторам». Их применение в блоках питания несомненное достоинство конкретной модели – очень сильно возрастает надежность и срок службы устройства. Но, увы, данным конденсаторам свойственны некоторые недостатки, способные снизить качество формируемых напряжений. При исследовании одного БП, в котором на силовой выпрямительной части использовались «твердотельные» конденсаторы, я столкнулся с тем, что блок создавал повышенный колебательный процесс при импульсной нагрузке. Замена конденсаторов на обычные, но качественные, избавила его от данного недостатка.
Иначе говоря, для применения «твердотельных» конденсаторов требуются специальные схемные решения, которые применяются не в каждом случае и «банальная» замена одного типа на другой может принести лишь вред. Здесь можно порекомендовать лишь не западать на «особенные» конденсаторы – это может выйти боком, а пользоваться таким «уродцем» придется именно вам, за ваши же деньги.
«Качественная/развитая система охлаждения».
Если взять два блока питания, в одном из которых будет «дохленький» радиатор, а в другом «густой и раскидистый», какой из двух вы выберете? Логично, что последний, там же больше деталей. С другой стороны, в первом может использоваться синхронный выпрямитель и LLC инвертер, что означает крайне низкий нагрев силовых элементов и банальную ненужность распределенного отвода тепла. Глаза говорят одно, реальное положение дел другое – кому верить? Автору обзора? Гм, а он просчитал эффективность примененного синхронного выпрямителя? Вполне может оказаться так, что «эффективный» синхронный выпрямитель выигрывает у «банального» диодного выпрямителя только при низком токе нагрузки, а при переходе к существенному уровню тока следует откровенный провал.
Критерием в данном случае является не размер радиатора, а его температура. Именно его температура, а не температура выходного воздуха из блока питания, предоставляемая некоторыми авторами обзоров. Короче говоря, у характеристики «размер радиатора» есть смысл только при приведении его температуры, без этого ссылка на развитость системы охлаждения несет такой же технический смысл, как и цвет корпуса БП.
«Удачность схемного решения».
Это очень короткий пункт и, собственно, спорить здесь не о чем. Внешний вид используемых компонентов не отражает величин токов и напряжений, протекающих в них в стационарных и динамических режимах работы. Сюда следует добавить, что простым изменением номиналов нескольких резисторов можно легко «угробить» БП. Надеюсь, у вас нет ощущения, что авторы обзоров по несколько дней изучают работу тестируемой модели с помощью осциллографа и специальной оснастки?
Исследование внутреннего устройства блока питания следует проводить для выполнения следующих целей:
О необходимости первого сказано выше, но никто данной глупостью не занимается, а о нужности распределения речь пойдет несколько ниже. Если в блоке питания единая выходная шина 12 вольт, то с подключением особых проблем возникнуть не должно. Но если шин несколько и на каждой введено строгое ограничение, то казусов не избежать. Доходит до того, что свежеприобретенный БП заведомо высокой мощности нельзя подключить к наличествующей конфигурации компьютера – срабатывает локальная защита.
Повторюсь, эти две характеристики снимать надо, в отличие от фотографий разноцветных конденсаторов с разных ракурсов. Вот только, кто это «надо» выполняет? Понятное дело, что цветные картинки увлекательнее и понятнее для основной целевой аудитории. Гм, «понятнее»?
Как итог обсуждения, если разбирать БП для приведения вида внутреннего устройства, то только с приведением анализа используемых компонентов (с цифрами, а не цветом раскраски). Иначе это пустая трата времени.
Комплексная нагрузочная характеристика
Блок питания формирует несколько выходных напряжений и рекомендации ATX/EPS (как и другие) описывают принцип распределения мощности нагрузки по каналам в виде «Cross Loading Graph». Типичный вариант выглядит следующим образом:
В блоке несколько выходов и они оказывают влияние друг на друга. При изменении нагрузки по одному выходу следует обеспечивать минимальный-максимальный ток по «альтернативному» каналу. Рекомендации описывают зону и принцип распределения, но не формат представления данных. Идея раскрасить в разные цвета следует вовсе не из рекомендаций ATX/EPS, это самодеятельность авторов обзоров БП. После приведения замеров напряжений по зоне нагрузки, к чему нет никаких замечаний, данные преобразуются в цветовые пятна, которые влияют только на эстетическое восприятие. Технический обзор заведомо технического устройства с эстетическим представлением информации – да, меня это всегда вдохновляло,... чтобы закрыть статью сразу.
Ряд авторов приводит к «КНХ» дополнительно нагрузочные кривые и осциллограммы, что несколько снимает остроту проблемы. Почему же «КНХ» стали нормой для обзоров блоков питания? По нему неподготовленный читатель может сразу понять, хороший БП или нет – если на «КНХ» есть красные пятна, то БП плохой, а если только зеленые – все отлично. И как любой простой вывод он неверен. При эстетическом анализе цветовых пятен не учитывается зона работы блока в реальном компьютере. Если БП представляет в «КНХ» «ровное зеленое поле», то к такой характеристике придраться невозможно, но и наличие «красных пятен» для БП в местах, куда нагрузочная кривая никогда не попадет, ровным счетом ничего не значит.
Без учета этого момента вы можете приобрести либо некачественный БП, либо потратить лишние деньги на то качество, которое никогда не используете. Например, проблему стабильности выходных напряжений можно решить установкой блока заведомо излишней мощности. Это решит проблему с изменением напряжения под нагрузкой, вот только в режиме простоя потребление компьютера окажется несколько выше ожидаемого – мощные БП характеризуются повышенными внутренними потерями. Оптимум это всегда компромисс. Что до самой «КНХ» в ее обычном исполнении, то смысла в ней меньше, чем кажется.
Измерение КПД и «Коэффициента мощности»
КПД – одна из характеристик, которая объективно оценивает качество БП. Если у блока питания высокая эффективность, это означает не только качественные схемные решения (по крайней мере, в силовой части), но и достаточно толстые проводники в соединительных кабелях и низкое выходное сопротивление. Обратное тоже, увы, часто верно – низкий КПД означает,… ну, посредственность для офисной печатной машинки.
Лично у меня нет никаких сомнений в полезности измерения данной характеристики, проблема в другом – когда максимум эффективности фиксируется в области выше 70% нагрузки или ниже 30% для общего уровня КПД выше 80%, то это сразу вызывает сомнение в адекватности средств измерения. К тому же, КПД может меняться только монотонно (возможны лишь резкие провалы), и наблюдение на графиках резких скачков вверх тоже приводит к нехорошим мыслям. В большинстве своем авторы обзоров используют самодельное оборудование, так что вопрос точности измерений остается актуальным.
Коэффициент мощности (КМ) показывает степень похожести тока потребления к напряжению питающей сети, то есть меру его не_реактивности. Забавно, что один из авторов обзоров считает, что значение КМ больше единицы не является чем-то необычным. Впрочем, в самой этой характеристике не так уж и много смысла. Если КМ достаточно высок, больше 0.9, то дальнейшее его повышение пользу не приносит. Положительный эффект может проявиться только при использовании сети передачи цифровых данных через электрическую розетку, но у этой технологии крайне низкое распространение и подбирать все блоки питания всех системных блоков только ради этого было бы крайне накладно, не говоря уже о бессмысленности самого действия.
Почему я поставил вместе КПД и КМ? Некоторые авторы совмещают эту пару графиков на одной диаграмме, и читатель начинает их путать, благо и названия, и значения их очень похожи. Плюс к тому, авторы обзоров дополняют диаграммы хвалебными отзывами о высоком значении КМ – значения которого лишены смысла. Фактически это означает забивание головы читателя ненужной информацией для отвлечения от действительно ценной.
Стоит ли отмечать КМ? При формировании сертификата «80+» приводится лишь одно значение КМ при половинной мощности нагрузки БП. Что же, видимо, это и есть критерий разумности. Неподготовленный читатель зачастую не сможет самостоятельно оценить меру важности представляемой информации, поэтому если и приводить графики КМ, то с явным указанием о ее низкой значимости при его достаточно высоком уровне.
Измерение уровня шума
Как и по КПД, у меня нет никаких возражений по факту измерения данной характеристики. Сейчас, как и в дальнейшем, будут строиться тихие компьютеры, а потому оценка уровня шума составляющих системного блока представляется весьма актуальной.
Но и здесь есть подводные камни – в блоке питания вентилятор управляется в зависимости от температуры некоторых компонентов (чаще всего радиатора выходных выпрямителей) и изменение температуры окружающей среды «смещает» характеристику. Если проще, «тихий» по обзорам БП может оказаться совсем не тихим в системном блоке конечного пользователя.
По этому поводу EPS приводит следующие рекомендации:
Иначе говоря, если в блоке питания используется активное управление скоростью вращения крыльчатки вентилятора, то его тестирование должно производиться при повышенной и контролируемой температуре окружающего пространства (подаваемого воздуха), все другие варианты измерения представят заведомо неверные результаты.
Кроме измерения уровня шума следует производить анализ спектра. В последние несколько лет компьютеры наполнила «пищащая» продукция. Что интересно, данная беда волнует только конечных пользователей – ни авторам обзоров, ни производителям нет до нее дела. Причем, если БП издает «писк», то этот дефект не является гарантийным случаем и устройство возврату/обмену/ремонту не подлежит. А попытка прямого измерения «писка» может окончиться неудачей – кривая взвешивания «А» несколько подрезает ВЧ-составляющие спектра и происходит дополнительное снижение показаний из-за нестабильного характера звучания.
Выводы
Итак, в типичной статье приводится внешний вид и внутреннее хозяйство БП, проводятся три теста (КНХ, измерение акустики, КПД/КМ), и все. И все? Что это значит? Блок питания современного компьютера используется для питания лампочек? Что, больше нет ничего, что требуется от БП? Смайлик рукалицо.
Блок может не обеспечивать работу высокоэффективных процессоров (история совместимости моделей БП с Haswell еще актуальна), отличиться низкой устойчивостью к нестабильности сети или помехам в ней, оказаться плохо или полностью несовместимым с системами бесперебойного питания, да и вообще обеспечивать низкое качество выходных напряжений. Чем сложнее и совершеннее становится компьютер, тем дальше он отходит от свойств «лампочки». Динамическое потребление с высокой скоростью и большим пик-фактором стало нормой, вот только схемные решения в блоках питания никак на это не реагируют, да и в рекомендациях (EPS) это отражается весьма слабо.
Как следствие, на современный компьютер ставится блок питания каменного века с соответствующими последствиями – странными вылетами, перезагрузками и прочими радостями жизни. Зачастую в современном ПК используется разгон, да и некоторые компоненты бывают с низкой совместимостью друг с другом, поэтому в «глючной» работе системы подчас трудно определить истинного виновника проблемы. Это может быть и не БП, но в данной статье речь идет о тестировании блоков питания – тест должен представлять хотя бы какую-то уверенность, что конкретный продукт обеспечит заданные условия работы.
Тестирование блоков питания должно осуществлять тестирование блоков питания, правда, неожиданный поворот? При этом можно руководствоваться различными документами и рекомендациями, но попробуем ограничиться следующим приоритетом:
Требования ГОСТ являются обязательными для исполнения, в отличие от EPS12V, поэтому приоритет составления методики будет именно такой. К тому же «EPS12V Power Supply Design Guide, V2.92» содержит массу досадных ляпов, которые не позволяют дословно следовать приведенным требованиям и рекомендациям. Но их составляли весьма осведомленные в данной области специалисты, а потому не грех воспользоваться такими наработками.
В качестве основного стандарта будет применен «ГОСТ Р 50628-2000»:
1. Область применения
Настоящий стандарт распространяется на вновь разрабатываемые, изготовляемые, модернизируемые и импортируемые электронные вычислительные персональные машины (далее в тексте – ПЭВМ), подключаемые к низковольтным электрическим сетям переменного тока частотой 50 Гц, в том числе на периферийные устройства, применяемые в составе ПЭВМ, а также на оборудование различного назначения на основе ПЭВМ.
Стандарт устанавливает виды испытаний ПЭВМ на устойчивость к электромагнитным помехам (помехам), степени жесткости испытаний для каждого вида, критерии качества функционирования ПЭВМ при испытаниях, а также соответствующие методы испытаний.
Настоящий стандарт не распространяется на средства связи.
Требования настоящего стандарта являются обязательными.
В данном документе описываются требования к работе системного блока в целом, а не конкретно блока питания. Именно на БП, как таковые, стандарты внешнего воздействия не специфицированы. Это позволяет тем, кто пишет обзоры БП, игнорировать проведение тестов. Не определено, значит, не будем делать – подобное суждение мне уже встречалось, и им как-то неважно, что от этого проигрывает тот, для кого написан обзор. Другими словами, тестируют только блок и в весьма ограниченном наборе тестов, а что до включения его (блока питания) в состав реального системного блока и его корректное функционирование – то это проблемы пользователя, они (автора обзора) не интересуют. Позиция довольно милая, не находите?
Методика тестирования должна отражать работу блока питания в составе всего устройства. Это принципиальный момент исследования. Если производитель БП или рекомендации ATX/EPS (и других) будут этому противоречить, то их условия будут игнорироваться. Методика должна выявлять недостатки и отражать интересы покупателя, а не производителя. Только требования ГОСТ являются обязательными к безоговорочному исполнению.
Данный ГОСТ определяет требования по электропитанию компьютеров, но в нашем случае интересуют только те аспекты, которые касаются блоков питания. Какие же испытания приводятся в ГОСТ?
4.1.1.1 Электростатические разряды – по ГОСТ Р 51317.4.2.
Не так уж трудно сделать высоковольтный источник и организовать статические разряды по данным условиям тестирования, но смысл в этом действии отсутствует. Подобный вид проблем возникает, например, при подключении помпы к сети 220 В на работающем компьютере или в случае обычного статического разряда при прикосновении к корпусу – велик шанс перезапуска системы. Но мы собираемся тестировать блок питания, который к этому виду помех относится весьма спокойно.
Статический разряд не может ударить по сигнальным цепям электроники БП. Разряд в силовые цепи скорее приведет к Очень Серьезным Проблемам в цепях, питающихся от этого выхода, чем что-то произойдет в самом блоке. Поэтому данный пункт пропускается. При выявлении хоть какой-нибудь адекватной связи между данным классом воздействия и качеством работы БП методика может быть расширена. Генератор разрядов является полностью независимым устройством и может быть добавлен без внесения изменений в существующую методику.
4.1.1.2 Наносекундные импульсные помехи в портах электропитания переменного тока и ввода-вывода сигналов – по ГОСТ Р 51317.4.4.
Сетевой блок питания данный вид помех игнорирует, в нем нет настолько быстродействующих элементов. Основной преобразователь БП работает методом ШИМ (ЧИМ менее распространен) на фиксированной частоте в интервале 50-150 кГц. Впрочем, это несущественно. Важно лишь, что время переходного процесса переключения весьма мало, примерно 30-80 нс. При этом амплитуда импульса соответствует напряжению питания – 300...400 В.
Таким образом в блоке питания является «нормой» наличие импульсов 400 В частотой около 5 МГц и вся электроника изначально разрабатывается с высокой устойчивостью к данным видам помех. Генератор тестовых импульсов должен формировать следующую форму:
Испытания по ГОСТ Р 50628-2000 следует проводить подобными импульсами амплитудой 500 В, что очень близко к длительности фронтов основного преобразователя, а потому БП оснащены «врожденной» защитой от таких воздействий.
4.1.1.3 Микросекундные импульсные помехи большой энергии в портах электропитания – по ГОСТ Р 51317.4.5.
Данное испытание применяется. Подобный вид воздействия «типичен» для сетей электропитания и является наиболее частым видом нарушения качества подачи напряжения. Импульсы могут возникать как на подстанции в момент коммутации нагрузок, так и на территории потребителей электроэнергии. Электрический чайник, электроплита, сварочный аппарат, да хотя бы тот же пылесос – вся эта аппаратура создает мощные помехи в момент включения/выключения.
ГОСТ подразумевает использование генератора помех следующего вида:
Довольно необычно, что нормируется две формы кривой – при работе генератора без нагрузки (верхняя часть рисунка) и при полностью закороченном выходе, токовый режим. При этом меняются длительности и самого сигнала, и его фронта. Такая спецификация позволяет задать требования к выходным характеристикам генератора импульсов без навязывания конкретных схемных ограничений. Испытания по ГОСТ Р 50628-2000 проводят для амплитуды импульсов 500 В, что обязывает генератор выдавать ток короткого замыкания не менее 250 ампер (внутреннее сопротивление не выше 2 Ом).
Стоит отметить, что генератор не обязан сохранять неизменной форму выходного напряжения, если нагрузка будет носить нелинейный или реактивный характер. Данное испытание считается пройденным, если функционирование компьютера не нарушится, хотя допускается выход напряжений за допустимые рамки.
4.1.1.4 Динамические изменения напряжения электропитания (прерывания, провалы, выбросы) – по ГОСТ Р 51317.4.11.
Данное испытание применяется. Второй по частоте повторений и первой по «вредности» воздействия является нестабильность напряжения сети. Нормальным является диапазон 187-242 В (220 В +10/-15%). Испытания позволяют проверить как работоспособность БП в нормальном диапазоне напряжений, так и эмулировать кратковременное повышение, снижение напряжения и его отключение на небольшой интервал времени. В качестве первого теста используется повышение до 264 В и снижение напряжения до 154 В на время 200 мс.
Для второго теста блок питания обязан выдержать пропуск одного периода напряжения сети, для 50 Гц это составляет 20 мс.
К сожалению, далеко не каждый блок может пройти данное испытание. Причем, фирменные БП страдают этим дефектом ничуть не реже продукции известной фирмы «noname».
4.1.1.5 Магнитное поле промышленной частоты – по ГОСТ Р 50648.
Сам блок питания заключен в весьма эффективный электромагнитный экран, а потому к магнитным полям либо мало, либо полностью не чувствителен. Испытание игнорируется.
4.1.1.6 Радиочастотное электромагнитное поле – по ГОСТ Р 51317.4.3.
Аналогично предыдущему пункту, игнорируется.
4.1.1.7 Кондуктивные помехи, наведенные радиочастотными электромагнитными полями – по ГОСТ Р 51317.4.6.
Блок питания не чувствителен к данным помехам, испытание игнорируется.
ГОСТ определяет требования для двух типов (групп) устройств – обычной и повышенной устойчивости. Вряд ли у большинства пользователей компьютера рядом размещается сварочный аппарат и другие экзотические установки, потому следует ограничиться требованиями, налагаемыми на первую группу.
Фактически по требованиям ГОСТ Р 50628-2000 будут проводиться лишь два вида испытаний – микросекундные импульсные помехи и динамические изменения напряжения электропитания. Источником первых является коммутация электроприборов в той же сети (фазе), что и компьютер, например, электрический чайник, кофеварка, пылесос, бесперебойный источник другого компьютера и другие мощные нагрузки. Динамические изменения в сети могут вызываться долговременным подключением мощных устройств, как в самой зоне пользователя, так и на подводящих или соседних участках. Сюда же входят системы переключения/балансировки нагрузки в узлах энергоснабжения.
Для получения действительных характеристик блока питания в работе на реальную нагрузку требуется создать условия, аналогичные типичным условиям эксплуатации БП. К сожалению, рекомендации ATX/EPS в этом не только не помогают, а скорее, откровенно вредят. В них четко прописано, что блок питания следует равномерно нагружать при проведении нагрузочных тестов. Это вроде бы логично, только совершенно неверно и пора пояснить причину этого безобразного действа.
Начнем с простого – современный качественный и достаточно мощный блок питания обеспечивает по выходу 5 (и 3.3) вольта ток нагрузки до 25-30 ампер. Мощный БП, мощный выход, откуда проблемы? Дело в том, что пока еще существуют блоки питания с групповой стабилизацией каналов 12 В и 5 В и большая величина тока по каналу 5 В «бесплатной» не является. Если нагружать один из взаимосвязанных каналов (5<->12), то другой канал начинает повышать уровень выходного напряжения. Они не случайно называются «связанными» и применяется термин «групповая» стабилизация – блок питания оснащен лишь одной цепью общей стабилизации и при наличии связанного выхода 5 и 12 вольт нагрузка (или сброс оной) оказывает влияние на другом канале самым негативным образом. Если БП оборудован отдельными DC/DC преобразователями по выходам 5 В и 3.3 В, то проблема взаимовлияния каналов в нем не стоит столь остро.
Вернемся к блокам питания с групповой стабилизацией. Повышенная мощность выхода 5 В вызвана тем фактом, что обмотка трансформатора выполняется тем же, или аналогичным, проводом, что и обмотка цепи 12 В. То есть при мощном выходе 12 В сделать слабый канал 5 В просто невозможно, он «по-любому» выйдет с током не менее канала 12 В. Но, простите, кому сейчас нужен выход 5 В 25 А? Собираетесь что-то «варить»? На данный момент почти все цепи современного компьютера переведены на питание от цепи 12 В, а 5 В, в основном, используется для питания логики и усилителей дисковых накопителей.
Не надо быть семь пядей во лбу, чтобы угадать типичную конфигурацию дисковых накопителей в ближайшем будущем – иногда один SSD и один HDD. Ранее жесткие диски стоили не слишком дорого, но после известных природных катаклизмов цена на HDD перестала быть лояльной. Сюда стоит прибавить «дикие» емкости современных дисков, когда цифры на них проставляются от «1 Тбайт». Я понимаю, что быстрый интернет позволяет завалить любой объем дисковой системы, но емкости 1 Тбайт вполне достаточно для нормальной работы за компьютером. Впрочем, один жесткий диск по 5 В потребляет ток менее 0.5 ампера, что совершенно не вяжется с возможностью БП в 25-30 А. Вы приобретаете блок питания для работы системного блока с пятьюдесятью HDD? Что же говорить, современные БП давно уже ушли в маркетинг и его спецификации лишний раз это подтверждают.
Возвращаясь к нашей проблеме, тестирование БП по методике ATX/EPS требует обеспечить равномерную нагрузку по всем выходам, то есть создавать ток 25 А по каналу 5 В. И что это за ерунда, простите за прямоту? При снятии «КНХ» это сделать можно, все равно в этом измерении нет смысла, но как можно использовать полную нагрузку при измерении характеристик блока питания? В компьютере пользователя блок гарантированно никогда не попадет в эту зону нагрузочной области. Более типичны токи нагрузки 3-5 ампер, причем это значение будет снижаться в дальнейшем – современные материнские платы все меньше и меньше используют ее для своих нужд, а на разъем PCI Express цепь 5 В даже не выводится, что означает повсеместный отказ от нее.
Зачем «требуется» равномерная нагрузка по каналам 5 В и 12 В со стороны рекомендаций EPS (как и ATX, и прочих)? Все это в угоду производителей блоков питания, и, извините, в прямой ущерб качеству устройств для потребителей. Если в БП применяется групповая стабилизация, то несбалансированная нагрузка приведет к тому, что выходное напряжение канала 12 В понизится, а 5 В повысится. Кроме того, «старые» или «noname» блоки питания с групповой стабилизацией характеризируются примерно равной мощностью по выходу 12 В и 5 В. Если условия тестирования ограничат мощность по выходу 5 В более разумным значением (скажем 10 А), то это сразу снизит декларируемую мощность всего блока сразу на треть.
Напомню, для БП с групповой стабилизацией канал 5 В получил схожую мощность, как и канал 12 В, из-за особенностей исполнения силового трансформатора. Кроме потери в маркетинговой мощности, снижение предельного тока обяжет производителя поставить специальную цепь защиты по предельному току для данного выхода, по этому поводу существует четкое указание EPS пункт 7.2:
Используемые в современных блоках питания контроллеры выходных напряжений и токов нагрузки повсеместно не обладают такой функцией. Это означает, что в БП с групповой стабилизацией никогда не будет «низких» значений выходного тока цепи 5 В. Что же, это как раз тот случай, когда методика тестирования будет опираться на «здравый смысл», а не требования кого-то-там. И дело даже не в том, что «что-то неправильно» – эта «неправильность» приводит к заведомо неверной оценке качества блока питания для работы его у конечного пользователя.
Во время проведения испытаний блока питания установку максимальной нагрузки по каналу 5 В следует производить только в тестах, где прямо указывается максимальный ток по этому каналу – снятие нагрузочной характеристики канала 5 В, комплексной нагрузочной характеристики и измерение КПД. Последний режим попал в эту «тройку» лишь потому, что в нем требуется обеспечить максимально-возможную нагрузку на весь блок питания и качество/стабильность выходных напряжений отходит на второй план. Во всех остальных тестах по каналу 5 В должна создаваться «типичная» мощность нагрузки для данного режима работы. Обычно это составит ток нагрузки 4 ампера, вне зависимости от того, что написано в спецификации конкретного БП.
Вторая проблема «равномерного распределения» мощности нагрузки по каналам – это множественность выходов 12 В. В самом блоке питания одна-единственная шина 12 В, которая стабилизируется силовым преобразователем. «Множественность» выходов проистекает из требования 240 ВА/выход, описанного в различных нормативных документах. БП проектируется из условий соблюдения этого требования, но впоследствии может последовать «небольшая доработка» и БП потеряет функцию ограничения 20 А по каждому выходу. Это позволит нагружать блок питания произвольным образом и не вызовет его перегрузки. Конечно, если не превышено общее ограничение по мощности.
Хорошо это или плохо? Пока все идет нормально, ничего никуда не закорачивает и не сгорает, то отключение локальных цепей защиты воспринимается как бесспорное благо, но что делать в том случае, когда что-то сломается? Ограничение в 240 ВА было введено не на пустом месте, сгорание питающих разъемов и самих материнских плат вовсе не редкость.
Впрочем, вернемся к самому процессу тестирования блоков питания. Требование обеспечения равномерности нагрузки по всем выходам приводит к парадоксальному решению – авторы тестирования БП просто объединяют все выходы 12 В в одну цепь и ее нагружают на общую нагрузку. Иногда встречается разновидность, что создается две цепи 12 В – «на процессор» и «все остальное». Этот вариант несколько лучше предыдущего, но также изначально ущербен.
Для понимания сути проблемы следует посмотреть несколько в ином направлении, на разделение шины 12 В на выходы. Возьмем абстрактный рядовой блок питания повышенной мощности с несколькими выходами 12 В. Допустим, их будет четыре: 12V1, 12V2, 12V3 и 12V4. Положим, на каждом выходе присутствует локальная защита 20 А. Общая мощность БП, ну скажем, 1000 Вт – четыре 20 А составляют 80 А, или 960 Вт. Теперь надо подключить выходные «хвостики» к данным четырем выходам, например, так:
Вроде логично, да? Теперь берем калькулятор.
Теперь «соберем» такой компьютер:
Просуммируем мощность: 100 Вт процессор, 20 Вт материнская плата (здесь и «10 Вт» много), 10 Вт дисковая система, 480 Вт видеокарты. Можно добавить еще 20 Вт на вентиляторы системы охлаждения, но это мелочи. Общая мощность потребления системы по цепи 12 В составит 630 Вт. Берем блок питания 1000 Вт, что здоооорово больше требуемых значений и собираем компьютер. Запуск первой же игры принесет сюрприз, системный блок отключится.
Опускаем традиционный танец с бубном, благо пример теоретический, и перейдем сразу к нашим баранам. Данный блок питания способен обеспечить 1000 Вт? – Да. Способен ли он сохранить работоспособность предложенного компьютера? – Нет. Бред какой-то. Цифра 630 меньше 1000, работать обязан, без вариантов! К тому же, тесты (в обзорах) на 1000 Вт этот блок проходит. Теперь посмотрим внимательно на карту распределения нагрузок по выходам 12 В.
Две видеокарты оказались подключены к одному выходу 12 В, что определяет максимальный ток на них только 20 амперами. То есть одну видеокарту этот БП выдержит, а две – увы. Итак, перед нами блок питания, который может выдавать 1000 Вт, но у конечного пользователя он способен обеспечить работоспособность системы не выше 400 Вт. Сравните цифры «1000» и «400», не возникает никаких мыслей? При этом прошу учесть, что оплачивать пришлось все 1000 Вт, а не 400. Вы можете мне возразить, что такой блок питания бред и такого не может быть. Согласен, что такой БП есть полнейший бред, но могу привести конкретную модель, которая была протестирована.
Если производитель сам разрабатывает свои блоки питания, то подобной глупости ждать не приходится. Иное дело «отверточная сборка», когда компания-производитель лишь собирает БП из готовых модулей (электронная плата, вентилятор, коробка) и именно она выполняет распределение выходов 12В на конечные выходы. И вот здесь возможно все.
Теперь представим, что произойдет с нашим «гм» (неудачным) блоком питания, если его тестируют на стенде с «общей» цепью 12 В. По идее, все каналы будут нагружены одинаково, коль скоро они все объединены, и блок питания получит одобрение. Ага, 400 из 1000 и одобрение. К слову, «тот схожий» БП получил только (!) хвалебные отзывы от тех, кто выполнял его тестирование. Вывод – тестеры используют общую цепь 12 В или создают строго равномерную нагрузку. Прочитали интересный материал, поразились довольно низкой цене – пора бежать в магазин? После сборки вас ждет подарок.
Существует ли способ обнаруживать недостатки блоков питания на стадии тестирования? Вроде бы очевидно – надо отказаться от надуманного производителем БП требования равномерной нагрузки и выполнять исследование работы на эмуляции реальной аппаратуры пользователя. По факту – собирать компьютер. В предыдущей версии тестового стенда у меня существовал специальный эмулятор работы HDD, который создавал жесткую импульсную нагрузку по цепи 12 В внешних устройств, но проведенные тестирования показали нецелесообразность выделения этого типа тестов в отдельное устройство стенда. Остальные не столь мощные нагрузки компьютера не представляют сколь-нибудь существенной величины и теряются на фоне потребления процессора и видеокарт.
В результате стенд несколько упростился и, с логической точки зрения, его можно представить в виде следующих дискретных нагрузок:
Под второй и третьей позицией понимается подключение нагрузки к разъемам питания PCI Express, получаемых от блока питания непосредственно или с помощью переходников Molex 12/5 на PCI Express, если количество данных разъемов на БП недостаточно (меньше двух). Данный способ подключения эмулирует использование блока питания в действительном компьютере и тщательно игнорирует распределение выходов 12 В внутри БП. При этом блок питания может не выдать полную мощность и виноват в этом будет… вообще-то, производитель. А раз источник проблемы «он», то и «тапки его». Конечного пользователя не волнует, что и как распаяно внутри БП. Может работать – хорошо. Нет – брак.
Продолжение следует…