Продолжение. Начало – теория, аспекты и аппаратная реализация.
Исследуемый блок питания устанавливается в обычный корпус системного блока, подключается к «материнской плате» с парой «видеокарт» и обеспечивает работоспособность «компьютера».
Тестовый стенд построен в общем направлении по эмуляции обычного компьютера, неизученной остается лишь методика тестирования.
Методика испытаний блока питания базируется на нормативных актах и построена на эмуляции действительных условий работы системы питания компьютера. Исследуемый блок питания устанавливается и подключается точно так же, как это происходит в обычном компьютере, сами тесты проходят в условиях, которые являются «типичными» для БП в составе компьютерной системы. Сам блок питания в основном запитывается от обычной сети 220 вольт и только в ряде специфических режимов работы применяется эмулятор сети. Испытания и методика их проведения выбрана из востребованных режимов работы и условий воздействия, действительно встречающихся при эксплуатации блока питания. Дублирующие режимы испытаний по возможности устранены.
Данные выполнения тестов представляются в графической форме с численными характеристиками специфических условий или меры изменения сигнала на графиках. Характерный формат представления изображен на рисунке:
На графике присутствуют три текстовых поля:
На диаграмме представлены три графика, для выхода 12 В, 5 В и 3.3 В. Вертикальный столбец слева отображает уровни напряжения по каждому графику. При этом первая строка всегда показывает среднее напряжение графика, вторая строка (обычно) – разность максимального и минимального значения на всем ее протяжении, третья строка (обычно) – изменение среднего значения кривой от начала до конца графика. Иначе говоря, насколько повысилось среднее напряжение во время проведения теста.
На представленной диаграмме проводится нагрузочный тест по выходу 3.3 В, что вызывает небольшое повышение напряжения канала 12 В, снижение 5 В и сильное уменьшение по 3.3 В. В колонке слева в третьей позиции по графикам показаны значения этого изменения: «0.02 В», «-0.05 В», «-0.16 В». Есть еще одна особенность в представлении данных – для каждого графика генерируется образцовый уровень с помощью пунктирной линии того же цвета, что и основной график. Это позволяет проще выполнять оценку меры ухода напряжения от базового уровня.
Прямоугольник со стрелками в нижней левой стороне рисунка показывает меру размерности по вертикальной оси. Обычная форма представления графических данных выполняется в «милливольтах», что легко читается и воспринимается, но совсем не подходит для сложных графиков. При выводе графиков в обычных единицах измерения (милливольты) амплитуда/чувствительность каналов 12 В и 3.3 В будут слишком сильно изменяться относительно друг друга. В требованиях нормативных актов оговаривается уход, нестабильность и пульсации в «процентах» от номинальной величины напряжения.
Если перевести данные каналов из «милливольт» в «проценты», то представление графиков всех каналов будет одинаковым и их можно представлять на единой диаграмме без ущемления видимости дефектов. Так и выполняется – если на картинке в нижнем левом углу присутствует прямоугольник со стрелками и в нем указано число с «%», то форма представления данных по каналам пересчитана в «проценты». На данном рисунке проставлено значение «5%», что означает границы изменения уровня на 5%. Сами границы проходят по центральным отсчетам графиков, в данном случае по пунктирным линиям.
В ряде диаграмм в прямоугольнике может быть не только одно число с процентами, а появится еще одно с размерностью «А». Этот множитель описывает меру чувствительности шкалы токов для четвертого графика – тока в сети.
Испытание блока питания выполняется с помощью определенного набора тестов. Часть из них может отсутствовать на начальном этапе работ, на изготовление и отладку тестового оборудования требуется немалое время. Некоторые тесты не могут быть выполнены, например, измерение уровня шума для безвентиляторных БП или проверка на работоспособность при низкой мощности нагрузки для блоков питания старых стандартов.
По каждому испытанию будут приводиться его особенности, ставиться акцент на наиболее значимых результатах измерений и способах их оценки.
Включение - выключение
Блок питания должен включаться быстро и это свойство востребовано как привычкой пользователей, так и аппаратурой компьютера - встречаются материнские платы с так называемым «двойным стартом». Если задержка включения окажется слишком большой, то задержки при старте BIOS окажется недостаточно и из «двойного» запуска последует обычный «одинарный». Не хочется рассуждать о том, как это скажется на работоспособности загрузчика BIOS, но коль скоро эта процедура была добавлена, значит это кому-нибудь нужно.
Причем «двойной старт» крайне неприятно воспринимается пользователями компьютера, и его наличие означает действительную техническую необходимость в правильной работе этого «неприятного» технологического приема. Короче говоря, если блок питания включается слишком долго, то быть беде. В спецификациях EPS указаны конкретные цифры и допустимый диапазон, остается лишь проверить это.
Методика испытаний заключается в установке сигнала PSON в активное состояние со снятием данных по появлению напряжений на выходах БП. Численных характеристик последовательности появления выходных напряжений и сигнала готовности источника PSOK довольно много, они описаны в EPS (п6.9). Их детальный анализ займет слишком много времени и вряд ли окажется столь захватывающим. Для тех, кому потребуется более точная информация по этому или другим тестам, могу посоветовать изучить «EPS12V Power Supply Design Guide», желательно самой новой редакции. При описании методики будут даваться ссылки на соответствующие пункты EPS или другие сборники нормативных актов.
Кроме процесса включения не меньший интерес представляет обратный случай - выключение. Компьютер весьма агрессивно сбрасывает нагрузку, останавливая и отключая устройства, при этом никто не заботится о корректной скорости снижения тока нагрузки по каналам питания. Если при включении BIOS может выполнять разнос запуска устройств во времени, да это и так происходит - запуск модулей происходит последовательно - то отключение выполняется быстро и сразу после того, как устройство сообщит о завершении выполнения процедуры остановки. Иначе говоря, процесс отключения состоит из двух фаз - «все работало» и «все выключено» с очень коротким переходным процессом. Для блока питания это очень «неприятная» ситуация, возможны появления кратковременных выходов напряжений из допустимых рамок,… что может оканчиваться неверной работой устройств в этот промежуток времени.
При сбое система может «нормально» отключиться без какой-либо диагностики, ведь и сама операционная система, ее элементы контроля и обработки ошибок, также находятся в процессе отключения. То есть система вроде бы нормально отключилась, но последующее включение принесет незапланированное развлечение. Или процесс отключения все же будет прерван и компьютер окажется невыключенным. Неужели у вас такого не случалось? В этом может быть вина не только ошибок программного обеспечения, но и самого блока питания.
Для изучения характера поведения напряжений строится весь цикл включения/выключения, и он состоит из следующих фаз:
На все выполнение теста ток нагрузки по каналам 5В и 3.3В неизменен и составляет минимальные значения для этих выходов (5 В, 0.5 А; 3.3 В, 0.8 А). Типичные устройства, работающие от источников 5В и 3.3В, используют линейные стабилизаторы, что означает практически мгновенное возникновение тока потребления при появлении напряжения питания. Поэтому на время выполнения данного испытания ток по каналам 5В и 3.3В неизменен. Иное дело канал 12В - от него работают только импульсные преобразователи, которые начинают функционировать лишь после появления сигнала подтверждения готовности БП, который вырабатывается на основе сигнала PSOK из блока питания.
Поэтому ток потребления по 12В постоянно управляется - до появления активного состояния PSOK потребление равно 0, затем устанавливается относительно небольшой ток, затем «существенный». Если установить ток потребления по 12В постоянным или вообще его обнулить, то этим нарушится эмуляция действительных процессов, происходящих при реальной работе БП в составе системы. При включении, которое должно происходить не слишком долго, блок питания должен (быстро) зарядить конденсаторы по цепям 3.3В, 5В, 12В до номинального уровня. Процесс обязан проходить быстро, иначе не удастся уложиться в жестко заданные временные рамки. Силу тока заряда можно вычислить как C*dV/dT, где:
Чем выше выходное напряжение и емкость конденсаторов, и чем меньше время процесса, тем больше ток. Но, после повышения напряжения до номинального дальнейшего роста напряжения не происходит, что означает резкое окончание тока заряда. Т.е., блок питания включается на довольно большой ток (и это весьма чувствительная величина, расчеты можете выполнить самостоятельно, формула выше), после чего ток потребления резко пропадает. Резкий наброс/сброс тока - это самое гиблое, что только может быть с импульсным источником. После пропадания тока нагрузки энергия, накопленная в выходном дросселе, не может мгновенно исчезнуть, что проявится в незапланированном выбросе напряжения на этом или «альтернативных» выходах БП.
Если выполнять тестирование с неизменным током нагрузки по 12В, то после заряда конденсаторов сохранится достаточный уровень тока, чтобы энергия дросселя ушла в нагрузку без превышения уровня на выходе - это скроет дефект БП, который в действительности присутствует и может привести к «проблемам». Как прямая противоположность, можно было бы выполнять этот тест вообще без нагрузки по 12В, что привело бы к самому «экстремальному» варианту. Но, увы, это уже перебор. Я сам сталкивался с тем, что БП без нагрузки вовсе отключается через несколько секунд работы. Такой блок питания выглядит странно, но это вполне допустимый режим работы (и он прямо разрешается в EPS). Если вдуматься, то случай с нулевым током потребления не возможен при работе компьютера, хоть «какой-то» ток потребления все же присутствует.
Проверка на высокоэффективные процессоры (типа «Haswell») вынесена в отдельный тест. Логика работы компьютера подразумевает ту последовательность, которая описана выше - включение потребителей по 12В после появления PSOK - и только так следует проверять блоки питания. Иначе можно поставить неправильную оценку очень даже неплохому БП, или наоборот.
Нагрузочная характеристика
Блок питания должен формировать стабилизированное напряжение на нескольких выходах, это его основная задача. Мера стабилизации в разных БП может различаться, поэтому для компьютерных блоков питания определены рамки изменения как средней величины напряжения, так и его пульсаций. Нормируется предельное отклонение +/-5%, при этом рекомендованный диапазон жестче, лишь +5/-3% (EPS2.92 п6.5). Единственное исключение составляет выход «-12В» с рамками +/-10%, но это напряжение используется ограниченным набором устройств и его точного поддержания не требуется. Основными потребителями отрицательного напряжения являются усилители звуковой карты и COM-порты.
Нагрузочные характеристики строятся для каждого выходного напряжения отдельно, чтобы снизить эффект взаимного влияния. Однако он все равно проявит себя, особенно в блоках питания с групповой стабилизацией. Принцип измерения прост - смотреть величину напряжения на выходе с одновременным монотонным повышением уровня тока с минимального до максимального уровня при сохранении постоянной величины тока по другим выходам. Этот прием обеспечит наиболее независимое измерение каждого канала, вот только взаимное влияние групповой стабилизации исказит представляемые результаты:
Повышение уровня тока по выходу 12В привело к возрастанию напряжения на выходе 5В. Из представленных данных можно вычислить выходное сопротивление выхода - через цепь протекал разный (повышающийся) ток, что вызвало разное (снижающееся) напряжение на выходе, остается лишь проинтегрировать полученные отсчеты. Но канал 5В находился при неизменной величине тока и сопротивление выхода рассчитать невозможно, не говоря уж о том, что оно будет отрицательным. Можно вычислить коэффициент взаимного влияния каналов, но здесь отсутствует «простая» формула пересчета, поэтому данная проблема оставлена на «потом». Пока важно лишь то, что один канал влияет на другой и изменение тока нагрузке по одному выходу может изменить выходное сопротивление другого.
В многоканальных источниках питания все не так просто. Для снижения ошибки получения результатов тестирование по каждому каналу выполняется для нескольких наборов токов нагрузки остальных выходов, причем наборы строятся из типичных значений минимальной и максимальной величин. Например, обычный блок питания может обеспечить по выходу 5В уровень тока до 25-30 ампер, но кому это нужно? Обычная нагрузка по этому выходу находится в интервале 3-5 ампер, поэтому в качестве наибольших значений принимается лишь половина от максимальной мощности нагрузки канала. Логичнее было бы установить еще более сниженный порог, скажем 1/3-1/4, или вообще перейти на постоянные величины, не зависящие от мощности выхода в конкретном блоке питания ... но все это выглядит очень плохо и напоминает подгонку.
Ставить 100% максимума тоже неверно, отсюда абсолютно спорное значение «50%». Обычная величина максимальной нагрузки по каналам 5В и 3.3В находится в интервале 20-30 А, что означает 10-15 А при проведении данного теста. Это в несколько раз (2-3-4) выше типичного потребления современного компьютера по данному выходу, но давайте не забывать, что БП может работать не только в «типичных» условиях и захватить больший, но разумный, диапазон всяко полезнее, чем ограничение лишь одним узким набором токов 3-5А.
С другой стороны, аналогичные рассуждения следует провести при определении минимальных значений тока. Для импульсного преобразователя существует такая характеристика, как кратность изменения тока нагрузки. Система стабилизации может оказаться крайне неустойчивой, если попытаться заставить работать БП с слишком широким коэффициентом кратности. Отношение максимального (12 А) к среднему (4 А) току составляет 3, а среднего к минимальному (0.5 А) уже 8 и это много. Кстати, в более ранних версиях EPS, как и в v2.92 для блоков питания не мощных серий, устанавливается минимальное значение тока по выходу 5В не 0.5, а 1 ампер. И именно по выше озвученной причине - высокая кратность изменения тока, крайне неприятная для БП с групповой стабилизацией.
| Выход | Минимальный ток, А |
Максимальный ток, А |
Нагрузка, (мин.), А |
Нагрузка (макс.), А |
| 3.3 В | 0.8 | Макс*0.5 | 0.8 | Макс |
| 5 В | 0.5 (4) | Макс*0.5 | 0.5 | Макс |
| 12 В | Макс*0.125 | Макс*0.8 | 1 | Макс |
При тестировании нагрузочной способности канала 12В установка величины тока 0.5 ампера по 5В запрещена распределением токов общей нагрузочной характеристики, поэтому минимальное значение тока нагрузки по 5В для данного теста повышена с 0.5 до 4 ампер.
В качестве итоговых значений представляется обработка усреднением данных, полученных при снятии нескольких нагрузочных кривых для диапазона нагрузки по «другим» каналам от минимальных до максимальных значений. В результате получается один график (для каждого выхода), который отражает усредненный характер поведения блока питания для различных условий работы.
Комплексная нагрузочная характеристика
В спецификациях EPS (ATX и других) приводится зона распределения токов нагрузки по выходам 3.3/5 и 12В.
Здесь определяется зона расположения рабочей точки БП. Блок питания обязан выдерживать свои характеристики при нахождении условий нагрузки внутри этой зоны и «как-то работать» вне ее. Хотелось бы, чтобы источник питания сохранял заданные характеристики при любом соотношении токов нагрузки по его выходу, но для БП с групповой стабилизацией это выполнить не получится. Можно нагрузить блок питания на одни лишь лампочки 12В и они может быть будут даже светить, но это обязательно вызовет сильное повышение на выходе 5В и снижение на 12В. Увы, недостаток групповой стабилизации. Так ли жизненна подобная конфигурация, чтобы о ней переживать? Конечно же, данные условия работы никогда не встречаются в компьютере - хотя бы небольшое потребление по 3.3/5 всегда будет существовать. По крайней мере до тех пор, пока DC/DC преобразователи 12/3.3 и 12/5 не стали нормой для материнских плат.
Короче говоря, есть состояния, в которые БП никогда попасть не может - тогда и незачем требовать от него предоставление качественных условий работы для таких режимов. Компромисс, но разумный. Принцип построения зоны распределения токов довольно прост - необходимо обеспечить не слишком высокий коэффициент кратности тока по каждому выходу и соотношение мощностей между выходом 12В и группой 3.3/5В. Осталось лишь перенести контрольные точки зоны в программу тестирования и использовать при измерении комплексной нагрузочной характеристики (КНХ). К сожалению, после этого благого призыва можно смело ставить точку и выкидывать все в мусорную корзину.
Возьмем графики из EPS версии 2.92 и сложим их вместе. Получится «каша», но очень невкусная.
На графиках добавлены контрольные точки, их можно обсудить:
Не хотелось бы говорить что-то плохое про серьезную документацию, но лично у меня складывается ощущение, что разработчикам этого документа приносили новые БП и они так подгоняли условия тестирования, чтобы БП проходили тесты.
При построении КНХ в собственной методике используются схожие идеи, но без элементов подгонки. При построении рабочей зоны используется понятие комбинированной мощности по выходам 3.3В и 5В без их специального процентного разделения. С точки зрения схемного решения это правильно - фактически канал 5В и 3.3В являются одним и тем же выходом, только для 3.3В используется дополнительный регулятор. Это допущение позволяет зафиксировать мощность потребления по выходу 3.3 вольта относительно небольшим значением постоянной величины и все изменение выполнять по каналу 5В.
Так не только «проще», но и «правильнее» - потребление по выходу 3.3В меньше по величине, мало изменяется во времени и используется только ресурсами на материнской плате - канал 3.3В выходит на кабели питания периферии весьма условно (он присутствует лишь на разъеме питания SATA, но не используется большинством устройств). При проведении измерений на выходе 3.3В устанавливается фиксированная нагрузка 5 Вт. По контрольным точкам:
При проведении пробных запусков я столкнулся с вполне очевидной ошибкой. Как часто покупают мощный блок питания, чтобы его эксплуатировать в максимальных режимах? В основном, мощный БП выбирают не из-за его большой мощности, а качества исполнения. Т.е. прогрессивная шкала нижнего предела мощности нагрузки логична только для БП низкой-средней мощности, а «старшая возрастная группа» работает уже по иным правилам. Это означает, что в логику рассуждений закралась ошибка, которую, в прочем, легко устранить. Достаточно лишь ограничить максимальное значение минимальной мощности (брр, ну и формулировочка) нагрузки по каналу 5В. Скажем, 3 ампера.
Почему именно «3»? Например, современный компьютер с парой высокопроизводительных видеокарт и четырех HDD (SSD не в счет) потребляет не более 650 Вт, при этом я никогда не видел по выходу 5В среднего тока свыше 4 ампер. Попробую предположить, что уменьшение зверинца в дисковых накопителях и переход на более эффективные решения в ближайшем будущем еще понизят эту цифру. Отсюда и «3 А» для минимального значения.
При формировании КНХ выполнено еще одно изменение общепринятой технологии - для вертикальной оси (нагрузка канала 5В) применен нелинейный масштаб. Это сделано для того, чтобы снизить ошибки прочтения получаемых результатов. Диапазон реальных нагрузок по каналу 5В находится в самом начале шкалы и большие значения тока выполняют функцию фигового листочка. Кроме маркетинга нет никакого физического смысла в представлении тока выше 10-15 ампер. При преобразовании линейной шкалы к нелинейной большая часть полезного диапазона находится в середине-низу графика, что упрощает анализ - если «красное» появилось выше середины, то его можно игнорировать. Другим решением было бы обрезание диапазона 5В навязанной границей в 10-15 ампер, но, боюсь, меня не поймут.
При обходе всей рабочей зоны блока питания требуется перебрать весь диапазон токов нагрузки по каналу 12В и 5В. Обычно используется метод перебора по строкам, когда фиксируется ток по 5В, а по 12В повышается от минимального значения до максимального. После обхода строки немного повышается ток по 5В и снимается следующая строка, по циклу. Алгоритм нормальный, вот только он не отражает условий работы БП с точки зрения прогрева. Быстрый перебор 12В с медленным по 5В означает, что на элементах, участвующих в работе канала 12В, установится некоторый тепловой режим, свойственный 50% условиям работы этого канала. При этом скромно напомню, что канал 12В уже давно является основным.
Для устранения дефекта термостабилизации перебор следует вести по столбцам (по 5В), при этом тратить существенный процент времени на охлаждение элементов к начальному уровню для следующего шага по 12В.
При построении графика используется общепринятый способ цветового представления результатов, но с небольшими модификациями:
Осмысленность данного теста весьма туманна и получить какую-нибудь полезную численную информацию вряд ли представляется возможным.
Импульсная нагрузка
Элементы системного блока потребляют энергию для своей работы, и этот процесс крайне непостоянен во времени. Изменение в выполняемой задаче, запрос ввода/вывода на периферийное устройство, изменение картинки на экране монитора – все это и много другое приводит к изменению условий распределения тока по питающим напряжениям БП. Все тесты, которые проводились ранее, ориентированы на «среднее» потребление, которое является весьма условным в работе компьютера. Основной характер нагрузки – импульсный, резкий наброс тока с последующим резким сбросом.
Возьмем процессор, характер его потребления зависит от выполняемых команд. Производительность современного процессора находится на уровне 3-20 млрд операций в секунду и смена характера потребления может произойти за доли наносекунды. Столь короткий интервал времени будет сглажен блокировочными конденсаторами, но их емкость не беспредельна и «длительный» характер смены типа нагрузки проявит себя через небольшой отрезок времени.
Современные технологии ориентированы на использование SMD компонентов небольшого размера, что ограничивает величину емкости сглаживающих конденсаторов. Причем переход с электролитических на «твердотельные» еще больше усугубил провал в цифрах – применение высокоэффективных конденсаторов снижает паразитное последовательное сопротивление (ESR), но никак не увеличивает их номинальную емкость. Эта устойчивая тенденция приводит к тому, что ток потребления из блока питания стал меняться более интенсивно с повышением скорости нарастания/спада тока. Это повышает требования к БП по скорости отработки воздействий и устойчивости цепи стабилизации.
Причем нельзя просто взять и повысить скорость отработки возмущений, и сохранить прежнюю устойчивость. Здесь действует принцип качелей – после повышения быстродействия обратной связи неизменно следует падение или качества стабилизации (петлевое усиление) или устойчивости (выбросы при обработке переходных процессов). Для «старых» нормативов качества можно было и не исследовать импульсные нагрузки, но современные устройства не могут обойтись без подобного испытания.
Методика выполнения теста заключается в попеременном формировании импульса тока нагрузки по каждому выходу 12В, 5В, 3.3В для двух случаев - небольшой (10%) и большой (80%) нагрузки. При этом в первой половине теста импульс тока потребления положительный, 1/3 номинального тока данного выхода, а во второй части следует отрицательный импульс (сброс тока) той же амплитуды. Такой вариант выбран из-за того, что при низкой мощности нагрузки БП нельзя сделать сильный сброс тока, ибо его и так мало, а при сильной нагрузке нельзя сильно повышать ток, даже импульсно - может сработать защита блока питания. Сам импульс тока имеет длительность 0.5 мс с временами фронтов 0.1 мс. Такое распределение характерно для неполного кванта выполнения задачи процессором, что часто встречается при просмотре фильмов и другой деятельности с низкой усредненной загрузкой процессора.
Одной из особенностей теста является значительное изменение характера потребления в пределах одной диаграммы. Увеличение условий нагрузки БП с 10% на 80% неизменно «разметает» уровни напряжений 12В, 5В и ухудшит удобство восприятия данных. Поэтому при формировании графиков они адаптируются к базовым величинам 12В, 5В и на диаграмме будет отсутствовать скачек уровней при переходе от 10% к 80%, но в действительности он имеется. Для изучения реакции «не нагруженной» и «сильно загруженной» системы хорошо бы видеть только реакцию на импульс, поэтому и используется автокоррекция среднего значения.
Нестабильная сеть
В «ГОСТ Р 50628» указаны условия динамических изменений электропитания (пункт 4 таблицы 1), остается лишь их выполнить. Для этого блок питания включается от эмулятора сети, устанавливается мощность нагрузки 75% и попеременно устанавливаются напряжения:
В каждом состоянии блок питания находится 200 мс, до и после теста БП длительно выдерживается при номинальном напряжении сети 220 вольт. Одновременно с изменением сети выполняется измерение выходных напряжений БП и тока сети.
Кроме фиксированных значений напряжения хотелось бы знать, как поведет себя блок питания при снижении напряжения сети ниже «разумного» порога в 187 вольт. Для этого строится еще один график с установкой ряда снижающихся напряжений питания БП с 242 до 145 вольт. По результатам строится диаграмма, аналогичная предыдущей. В обоих разновидностях теста интерес представляет изменение амплитуды/формы тока сети и мера стабильности выходных напряжений. Для блоков без APFC этот тест позволит оценить минимально-допустимое напряжение сети, а для БП с APFC оценить качество работы последнего.
Напрямую посмотреть устойчивость цепей APFC не представляется возможным, данный узел хорошо изолирован в блоке питания, но при наличии сбоев в функционировании это может как-то проявиться через нарушение монотонности тока потребления или изменении уровня помех в выходных напряжениях.
Прерывание сети
В «ГОСТ Р 50628» в том же пункте 4 таблицы 1, указан тест на провал напряжения сети. Фактически он означает, что блок питания должен сохранить нормальное функционирование при отсутствии одного периода сети.
Выполнение данного испытания предполагает наличие очень больших импульсных токов потребления, кроме того, хорошо бы выполнять измерения на реальной сети, а не рафинированной из эмулятора, поэтому БП подключается через блок управления к обычной сети 220 вольт. Нагрузка БП такая же, как и в предыдущем тесте - 75% от номинального значения.
Испытание выполняется двумя способами. Вначале «классический» - блок питания включается и работает продолжительное время, затем блок управления «ищет» переход синусоидального напряжения сети через «0» и отключает питание БП. После этого происходит разряд накопительных конденсаторов в блоке питания с его последующим отключением. Полезной информацией здесь является как время до отключения, так и мера стабильности выходных напряжений с момента отключения сети. Кроме того, важен факт перехода в неактивное состояние сигнала PSOK до существенного падения выходных напряжений. Обязательным является время не менее 1 мс. Результирующая диаграмма содержит графики выходных напряжений и контрольных сигналов.
Второй вариант испытания выполняется из-за очевидного недостатка первого теста. Во-первых, измеряться должно не «время до отключения», а время, когда блок питания не выключился. Это совсем разные понятия, хотя и выглядят одинаково ... но только до той поры, пока не были учтены условия работы БП. Тест должен эмулировать провалы разной продолжительности и смотреть на факт работоспособности блока питания после них. Из условий испытаний вытекает только такой вид тестирования, откуда взялся т.н. «классический» вариант?... гм. Собственно, второй вариант теста так и выполняется - последовательно увеличивается время провала, за один раз на 1 мс, до момента появления проблемы в функционировании (снижение выходных напряжений, отключение сигнала PSOK).
На диаграмме представляются выходные напряжения и ток сети. Т.к. время переходного процесса достаточно мало и хочется хотя бы ориентировочно сохранить видимость формы тока потребления сети, то результаты каждого цикла тестирования обрезаются до двух периодов 50 Гц перед добавлением к общим данным. Кроме общей картинки проведения всего тестирования приводится диаграмма последнего выполненного цикла - можно оценить, как именно произошло «падение» БП.
Одна из особенностей данного испытания в том, что работа APFC и основного преобразователя претерпевает очень сильные колебания мощности и напряжения накопительного конденсатора, это может представить много «чудес» в качестве стабилизации выходных напряжений. Некоторые блоки питания с APFC слишком «доверяют» качеству стабилизации узла APFC и основной преобразователь имеет низкое быстродействие из-за заторможенной (неудачной) частотной коррекции. При выполнении теста напряжение на конденсаторе не может быть стабилизировано APFC из-за полного отсутствия сети и такие БП «тихо обрушат» выходные напряжения задолго до разряда конденсатора ниже порогового уровня.
Короткое замыкание
Перегрузка и короткие замыкания БП могут происходить самопроизвольно. Качественное прокладывание проводки и использование надежных компонентов снижают шанс получения такого дефекта, но не могут его полностью исключить. Испытание на подобный тип перегрузки позволит оценить меру того, на сколько опасно работает БП в данной (стрессовой) ситуации. Если при случайном замыкании последует простое отключение компьютера - это одно, но если после этого придется менять ряд сгоревших компонентов с утерей данных - это уже совсем другое.
Тест на короткое замыкание заключается в поочередном замыкании цепи 12В (разъем питания процессора) и 5В (разъем питания периферии) на землю. Сопротивление замыкающего колюча различается для первого и второго типа воздействия - для цепи 12В используется 30 мОм, для 5В - 20 мОм. Общая нагрузка БП на момент замыкания составляет 75% с питанием от сети 220 вольт. Ток потребления по 5В составляет 1/2 максимального значения. Испытание на перегрузку цепи 3.3В не производится из-за крайне низких шансов такого события - цепь 3.3В не выведена на общие кабели питания (кроме SATA, где не используется) и не применяется в сильноточных нагрузках. При проведении теста по данному выходу поддерживается мощность нагрузки 5 Вт.
Процесс испытаний заключается во включении ключа, замыкающего нужную цепь на землю (через резистор фиксированной величины) с записью снижения уровня выходных напряжений и статуса контрольного сигнала PSOK. Программа анализа будет пытаться вычислить время, которое оставался включенным силовой преобразователь БП, что будет отражаться в состоянии сигнала «PSON». На самом деле состояние этого управляющего сигнала всегда будет включено, ведь им управляет «южный мост» и он не собирался отключать БП. Это вносит некоторую сумятицу в представление результатов, но «создавать» еще один контрольный сигнал с похожим смыслом мне бы не хотелось.
Данное испытание показывает то, как относится БП к сильной и резкой перегрузке одного из основных силовых каналов - адекватно ли снижаются напряжения, как долго остается включенным основной преобразователь и через цепь короткого замыкания протекает экстра-ток.
Импульсная помеха
ГОСТ Р 50628 оговаривает второй тип нестабильности сети - микросекундные импульсные помехи большой энергии (пункт 3 таблицы 1). Для выполнения проверки был изготовлен испытательный генератор первого уровня сложности (500 вольт), который входит в состав блока управления сетью. Требования ГОСТ первой группы ограничены лишь первой, самой легкой, степенью жесткости, что не вызывает особых трудностей в изготовлении и использовании оборудования.
Если перейти к исследованию второй группы (и еще выше), то проблемы появятся не только в изготовлении оснастки, но и в использовании устройства - энергия импульса с повышением степени жесткости возрастает очень резко и тихий щелчок первой степени перейдет в весьма «неприятный» треск второй ступени. Третья, а, особенно четвертая степень жесткости, повышается до ощутимого хлопка. Проблема вовсе не в акустическом шуме - беспокойство вызывает сохранность дорогого электронного оборудования. По счастью, можно обойтись только одним напряжением в 500 вольт.
Испытание состоит из двух частей - проверка на дифференциальную и синфазную помеху. Импульсный генератор интегрирован в собственную конструкцию, что позволило упростить разделительные конденсаторы весьма большой емкости, которые вносили искажения в форму импульса напряжения и просто занимали бы непозволительно много места. Гм, к тому же здорово увеличили бы затраты на разработку. «Существует много способов содрать шкуру с кота» - если что-то мешает, всегда можно найти замену.
Упрощенная структурная схема блока управления сетью:
Сеть подается на устройство защиты, после которого попадает на фильтрующий конденсатор С1 и синфазный дроссель TV1. Далее следует сдвоенный выключатель S1, S2 для оперативного подключения блока питания и подается на сам исследуемый блок питания. Функция генерации помех лежит на импульсном генераторе (ИГ), двух быстродействующих ключах S3 и S4, и ранее упоминавшемся синфазном дросселе. В нормальном состоянии ключи S1,2 замкнуты, а S3,4 разомкнуты.
Для получения дифференциальных помех следует сформировать импульс напряжения между двумя выводами питания («N» и «L») в момент перехода напряжения через «0». Схема управления отлавливает момент смены знака напряжения сети, последовательно размыкает ключи S2, S1 и замыкает S4. В результате, напряжение ИГ поступает непосредственно на исследуемый блок питания. После окончания импульса ключ S4 закрывается и последовательно включаются S1 и S2, что возвращает переключатель в нормальное состояние.
Синфазная помеха генерируется схожим образом, только размыкания ключей S1, S2 не требуется. Вместо ключа S4 используется ключ S3, в результате чего ИГ формирует импульсную помеху одновременно на обоих выводах питания относительно одноименных выводов сети. Выглядит такая схема весьма необычно, ведь в ней совершенно не участвует «заземление», и на это существует серьезная причина. Впрочем, это уже не вопросы «методики». Частотный спектр помехи много выше основной гармоники питающей сети (50 Гц) и, фактически, оба вывода питания 220 вольт являются заземлением.
В данном случае «заземление» рассматривается не как средство защиты, а как цепь соединения с «землей», а в этом контексте «N» и «L» ничем не отличаются от «заземления». Если сразу захочется спорить, то дойдите до вашего щитка и посмотрите, куда и как подключены сетевые провода. Тестирование опирается на «типичные» условия работы и какая-либо «экзотика» интереса не представляет. Впрочем, для данного тестового стенда важно лишь то, как разведена сеть в том месте, где будет подключен “конкретно этот” тестовый стенд.
Другие компоненты схемы - конденсатор С1 сглаживает особенности прохождения сигнала по проводам, что позволяет формировать на обоих выводах питания БП симметричный сигнал помехи; резистор R2 снижает величину тока при генерации синфазной помехи (требование ГОСТ'а).
Дежурный источник 5VSB
Напряжение 5VSB является самым проблемным. В нем слишком часто используется (гм) неподходящий конденсатор, который отмирает раньше всех элементов блока питания, чем снижает срок службы всего БП. В особо дешевых блоках питания применяют автогенераторную схему на одном силовом транзисторе. При высыхании копеечного конденсатора в узле управления этого транзистора цепь регулирования оказывается изолированной от схемы поддержания автогенерации, в результате чего выходное напряжение источника неограниченно повышается до уничтожения южного моста материнской платы.
Неоднократно сам сталкивался и даже пострадал от такого БП. Никогда не экономьте на отвратной «дежурке». Если в схеме используется «интегральное», а не «автогенераторное» решение, то беды от такого БП ждать не придется - в худшем случае (высыхании конденсатора) такой преобразователь просто не справляется с удержанием неизменного уровня 5 вольт. Замена конденсатора восстанавливает нормальное функционирование БП.
Как следует из приведенных особенностей, для проверки качества дежурного источника следует измерить нагрузочную характеристику, КПД и качество отрабатывания импульсной нагрузки (для оценки емкости сглаживающего конденсатора). Нагрузочная характеристика и КПД измеряются до максимально возможной мощности, которую может обеспечить дежурный источник. Критерием окончания измерений является снижение выходного напряжения ниже 4.75 В.
Испытание на импульсную нагрузку выполняется при 10% и 100% нагрузки дежурного источника с импульсом тока 1 ампер и длительностью 5 мс. Данные условия характерны наиболее частому и самому проблемному случаю динамической нагрузки дежурного источника - подключению USB устройств.
Малопотребляющий процессор
При измерении характеристик блока питания требуется создать все условия работы, которые встречаются у потребителей данной продукции. Компьютерные системы совершенствуются, снижается минимальная величина тока нагрузки. Для борьбы с этим недостатком в не такие уж и далекие времена применялась пассивная нагрузка, здесь сразу вспоминается решение системы питания ранних компьютеров IBM с нагрузочным резистором в 50 Вт. Впрочем, с той эпохи прошло много времени и сейчас стараются экономить каждый ватт. Может это и хорошо для счетов за электричество, но самим блокам питания от этого становится только хуже.
Импульсный источник, особенно многоканальный, крайне негативно относится к высокому коэффициенту кратности мощности нагрузки. Кто-то корректирует схемотехнику, а иные производители начинают вставлять «костыли» - резистивную нагрузку, которая подключается к блоку питания только в момент запуска. Они надеются на то, что запустится BIOS, включит потребителей и это создаст достаточный ток нагрузки, чтобы БП не отключился. С одной стороны, это красивое решение, а с другой - появился Haswell и все испортил. Процессоры этого семейства содержат импульсные преобразователи внутри себя и им для работы требуется только одно напряжение. Как следствие, компьютерные системы на их базе могут очень эффективно управлять током потребления, что повышает коэффициент кратности до такой величины, что блоки питания не справляются.
Ранее шла речь об отключаемых резисторах нагрузки - а что будет, если при работе в BIOS мощность потребления окажется меньше минимальной величины? В момент старта резисторы подключены, далее запускается BIOS, процессор начинает «что-то» потреблять, совсем немного, резисторы отключаются и блок питания выключается - тока нагрузки не хватило. Думаете, редкий случай? Тогда почему пошла волна сертификации совместимости с Haswell?
Все тесты выполняются для «обычной» системы, по каналу 12В никогда не выставляется ток нагрузки менее 1 А. Это позволяет исследовать работу всех блоков питания, вне зависимости их совместимости с Haswell. А для этого проверки работы систем с данным семейством (надеюсь, AMD изготовит столь же экономичный процессор) выполняется это испытание. Как следует из описания проблем, тест должен проверять работоспособность блока питания при низких токах нагрузки. Основными условиями проверки являются два режима работы:
Первый тест довольно прост в исполнении - по выходам 5В и 3.3В устанавливается ток потребления 0.25 А и 0.4 А соответственно, по выходу 12В 1 А. После чего ток канала 12В постепенно снижается до 0.1 А за 20 секунд. Фактор времени играет важную роль - если БП не может удержаться на столь низкой мощности и выключается, то это происходит не сразу. В качестве результатов тестирования будет представляться изменение напряжение на выходах по мере снижения тока. Если блок питания отключится до достижения минимальной мощности нагрузки, то по моменту срыва графика можно определить минимальную величину нагрузки БП. Тока нагрузки по каналам 5В и 3.3В снижены в два раза по сравнению к устанавливаемым при проведении других тестов, это сделано для эмуляции режима засыпания устройств.
Второй тест соответствует описанной ранее методике импульсной нагрузке. Он также выполняется для двух случаев - с «нормальной» нагрузкой по каналам 5В и 3.3В (0.5 и 0.8 А) и «не нормальной», с токами = 0. Второй случай является абсолютно надуманным и в реальной работе не встречается. Поэтому, если блок питания провалит данный подтест, то это «ничего не значит». Но если тест будет пройден, то это говорит о достаточной устойчивости БП. Импульсная нагрузка производится только по каналу 12В, амплитуда тока равна корню из максимального тока канала 12В, продолжительность 3 мс, время фронта 0.3 мс, при этом средняя величина тока нагрузки по 12В составляет 0.1 А.
Столь странная амплитуда импульсного тока выбирается из тех соображений, что тест должен эмулировать потребление процессора, причем динамическое. Характер и величина потребления мало зависят от мощности БП - и на 300 Вт и на 1.5 кВт один и тот же процессор будет потреблять одну и ту же мощность. Поэтому тест должен бы оперировать некоторым фиксированным значением импульсного тока. Однако, если пользователь собрал мощный компьютер (по потреблению), то вряд ли он использует двуядерный процессор.
Верно и обратное, в крайне маломощные системы 8-ядерные процессоры не устанавливают. Для учета этого нюанса при выборе амплитуды импульса тока используется такое странное определение - корень из максимального тока по этому выходу. Возьмем некоторые типичные случаи для блоков питания:
Временные соотношения и величины токов взяты не совсем с потолка, за основу использовался EPS пункт 6.7 Capacitive Loading. В нем нормируется величина максимальная емкость подключенных конденсаторов в нагрузке. Емкость в цепи нагрузки вызывает дополнительный ток заряда, который нагружает БП в момент появления напряжений. Для выполнения проверки п6.7 надо или подключать к тестовому стенду блок конденсаторов большой величины или эмулировать его эквивалентным броском тока.
К слову, при объявленных в пункте 6.7 величинах емкостей конденсаторов бросок тока скорее всего окажется столь велик, что некоторые БП сразу отключаться по защите от перегрузки. Но здесь действует принцип «Неуловимого Джо» - незачем проверять то, чего в реальной работе гарантированно не будет, в современных системах большие конденсаторы не устанавливают. Хотя тестирование по п6.7 не производится, но тест на малопотребляющий процессор выполнен по его мотивам и опирается на его условия.
На результирующей диаграмме указываются импульсная нагрузка для двух значений общей мощности нагрузки БП. Без специальных мер это приведет к резкому скачку напряжений между правой и левой половиной диаграммы. Поэтому при формировании графиков применяется тот же прием, что уже использовался неоднократно в аналогичной ситуации - делается автокоррекция напряжений к их типичному уровню.
Коэффициент мощности
Блоки питания могут иметь различную форму тока потребления по питающей сети, даже при одинаковой номинальной мощности. Для оценки меры неидеальности служит «коэффициент мощности» (Power Factor, «PF»), описывающий отношение активной мощности потребления к ее полной величине (с реактивной составляющей). Чем ближе PF к единице, тем меньше реактивной мощности циркулирует по проводке. Хотя эта составляющая и не учитывается счетчиками электроэнергии и вы ее не оплачиваете, но большая величина тока в проводке, из-за реактивной составляющей, приводит к повышенным потерям в ней с соответствующими негативными и финансовыми последствиями.
Поэтому в некоторых случаях требуется оценка качества БП и по данному критерию. Типичная область применения таких устройств – компьютерные «фермы» по расчетам различных задач. Для них характерна устойчивая и монотонная работа со средним уровнем нагрузки на БП. Состояния сниженного или очень высокого потребления встречаются крайне редко и не являются «типичными». Это позволяет производить измерения PF в одной точке нагрузочной характеристики БП. Кроме того, стандартизация «80+» приводит измерение PF только для 50%-ой нагрузки тестируемых блоков питания.
При выполнении исследования блока питания будет осуществляться аналогичная проверка – на БП устанавливается 50% нагрузка по методики, использованной на шаге измерения КПД, затем выполняется захват формы тока потребления из сети 220 вольт с одновременным измерением коэффициента мощности с помощью внутренних инструментальных средств эмулятора сети.
Система охлаждения
Требования к уровню шума постоянно ужесточаются, это касается и блоков питания.
Довольно необычно, что EPS по данной характеристике описывает меру «Acoustic Requirements» только как «Recommended». В пункте 4.1 описываются условия проведения тестирования для трех вариантов нагрузки БП - легкой, типичной и максимальной. Общепринятой считается технология в измерении уровня шума во всем диапазоне мощностей блока питания. Ничего не имею против, чем больше информации, тем лучше. Вот только не стоит забывать о выполнении принципиально важного условия - БП должен получать уже нагретый воздух. Система охлаждения в блоке питания работает по принципу стабилизации температуры в ключевой точке (обычно - радиатор выпрямительных элементов). Если изменится температура поступающего воздуха, то так же изменится и условия работы вентилятора в БП.
Иногда в Конференции натыкаюсь на сообщения с недоумением - почему по тестам блок питания должен быть тихим и разгоняться только при таком-то значении мощности, а у меня он так включается практически сразу? Причина все та же - при проведении измерений на уровень шума требуется выдержать повышенную температуру поступающего воздуха. По моим наблюдениям, за своим и чужими системными блоками, внутри компьютера устанавливается около 40 градусов. Температура 35-38 в простое и 40-45 при нагрузке (игры). По этому поводу EPS указывает цифры 35-45 градусов при различной нагрузке. Для выполнения этого условия на дно тестового стенда устанавливается две лампы накаливания 95 Вт с тиристорным регулятором, переделанным на стабилизацию температуры 40 градусов. Датчик располагается вверху системного блока, около тестируемого БП.
Процесс измерения данной характеристики заключается постепенном и монотонном повышении мощности БП от состояния простоя до полной нагрузки (100%). Перед началом измерений блок питания выдерживается во включенном состоянии без нагрузки для его остывания после выполнения предыдущих испытаний. Время начального простоя и выполнения теста выбирается из условий стабилизации тепловых режимов для данных конструктивных исполнений БП.
В качестве оценки скоростного режима вентилятора измеряется скорость вращения его крыльчатки, для чего используется оптический датчик с последующим делением на количество лопастей вентилятора. Узел измерения разработан специально для данного стенда и не требует применения специальных маркеров на лопастях, что позволяет вносить минимальный вред в балансировку, скорость вращения и уровень шума.
В качестве выходных данных строится график оборотов вентилятора с отметками на мощности нагрузки БП:
Это примерно соответствует режимам:
1. Состояние IDLE, простой;
2. Легкая нагрузка, просмотр фильма;
3. Работа в ресурсоемких приложениях;
4. Сложные многопоточные приложения, игры.
Полная нагрузка «100%» является довольно синтетической и в реальной работе не встречается – потребление составных частей компьютера весьма непостоянно и длительное «балансирование» на предельном уровне нагрузке обязательно закончится какой-то неприятностью. Однако БП декларирует данную мощность, что позволяет производить замеры до этого уровня. Целесообразность измерения режимов работы системы охлаждения блока питания на мощностях выше номинальной скорее напоминает банальное вредительство, поэтому выше «100%» тестирование не производится.
В дальнейшем к измерению скорости вращения может быть добавлено специальное исследование шумовых характеристик блока питания. Сюда включается как оценка «абстрактного» уровня шума измерителем шума класса «Becool BC-8922», так и исследование уровня шума и помех специальными микрофонами с последующей цифровой обработкой полученных данных. Это позволит не только оценить абстрактную (и никому не нужную) величину шума, но и получить качественный анализ меры заметности звуков (и «писков») из испытуемого блока питания.
Для выполнения этих работ требуется изготовить полностью пассивный нагрузочный стенд, который по своим свойствам полностью дублирует основное оборудование. Способность блоков питания издавать «посторонние» звуки только в переходных режимах или при каких-то особых условиях нагрузки обязывает выполнить этот пассивный стенд полностью управляемым, с достаточной точностью характеристик, что увеличивает сложность и время реализации и не позволяет использовать данное оборудование сразу на начало работ.
Тест будет расширен по мере возможностей.
Измерение уровня пульсаций
В требованиях EPS указывается необходимость измерения уровня пульсаций. При этом определяется обязательность наличия танталового конденсатора 10 мкФ и керамического 0.1 мкФ. Идея верная, вот только попробуйте задаться вопросом - как будут влиять на качество измерений установка конденсаторов с внутренним сопротивлением чуть меньше одного Ома для цепей с током в 30-120 ампер. Вообще-то, они будут влиять, но для этого между измеряемым выходом и этими конденсаторами надо использовать тонюсенький провод большой длины. А еще лучше смотать провод в катушку ... да что уж мелочиться, прямо на ферритовое кольцо. Смайлик рукалицо.
Однако в том же пункте есть и полезная информация, которую я очень хочу процитировать:
This is measured over a bandwidth of 0 Hz to 20 MHz at the power supply output connectors.
Не надо слишком глубоко знать английский, чтобы отметить главную мысль фразы - для измерения уровня пульсаций требуется прибор с полосой от 0 до 20 МГц. Некоторые тестеры понимают фразу как «не менее 20 МГц», в результате их измерения часто вовсе лишены смысла. Блок питания оперирует с импульсами высокой величины напряжения, тока и малым временем переключения. Это означает, что спектр помехи очень большой.
Для компьютерного блока питания характерно время изменения напряжения в районе 30 нс на сетевой стороне и 30..5 нс на выходной. Это означает основную частоту колебаний 10 (60) МГц. Но форма сигнала переключения вовсе не синусоидальная, в ней присутствует множество гармоник. Из-за паразитной емкости между элементами эти помехи попадают на выход и являются уже «пульсациями». Чем выше полоса пропускания измерительного прибора (обычно осциллографа), тем больше гармоник он захватит.
Попробую предположить, что вы уже многократно наблюдали в обзорах осциллограммы уровня пульсаций. На них присутствуют как относительно низкочастотные импульсы с частотой основного преобразователя, так и высокочастотные всплески. Что интересно, часто эти всплески бывают много выше амплитуды помех от основной частоты преобразователя. И не только выше, но и очень маленькой продолжительности. Если бы автор озаботился установкой фильтра и ограничил полосу до 20 МГц, то этого дефекта не последовало бы. Проблема даже не в красивых картинках, а в необходимости оценки амплитуды помех - они измеряются по максимальному значению и короткие всплески помех могут сдвигать уровень гораздо выше реально существующего в данном БП.
Для выполнения фильтрации удобно использовать цифровые осциллографы, в которых функция частотного фильтра реализуется аппаратно (и программно). Увы, не во всяком осциллографе такой фильтр достаточно эффективен, поэтому у меня на рабочем столе в комплект к цифровому осциллографу установлен С1-112. Рад бы от него избавиться, но смотреть уровень пульсаций на фоне больших синфазных помех удается только им, цифровой осциллограф показывает сплошной белый шум - явная нехватка мощности аппаратной фильтрации.
При измерении уровня пульсаций всплывает еще одна проблема - в измеряемый сигнал попадают помехи от работающего блока питания. Приходится наблюдать случаи, когда по выходам 12В и 5В представляют очень похожие или практически одинаковые осциллограммы. При этом БП может строиться по схеме с силовым выходом 12В и DC/DC по 5В и 3.3В. Это означает, что одинаковый уровень и характер пульсаций по этим выходам быть не может, используются совсем разные устройства с отличающейся рабочей частотой.
Почему так происходит? Блок питания при своей работе создает помехи в сети 220 вольт, а сама «сеть» фактически заземлена, в высокочастотной части спектра сигнала. Если блок питания наводит помехи в сеть, то они сразу же попадают на выход того же блока питания, ведь «0» выходных напряжений заземлен. При этом основной тип генерируемых помех - синфазный, который особо труден в подавлении. Осциллограф, как и любой другой прибор с сетевым питанием, требует обязательного заземления.
Думаю, уже и так понятно, что помехи блока питания, наводимые им в сеть, распространяются самым причудливым способом и так искажают измеряемый сигнал, что смысл в его изучении пропадает полностью. Для снижения влияния помех в сети и затекания их в «заземление» применяют перевод осциллографов на батарейное питание, но приобретать новый осциллограф только для измерения пульсаций будет несколько накладно.
Для выполнения обоих условий (полосы до 20 МГц и изоляции синфазных помех из сети) требуется или взять соответствующий осциллограф или сделать специальное согласующее устройство. Существует простой способ оценить достоверность измерений - если при нормально подключенном осциллографе отключить щуп от измеряемой цепи, соединить его на цепь «0» и при этом на экране произойдет снижение уровня в несколько раз, то такое измерение достаточно корректно. Вот только выполнить данное условие очень непросто.
Согласующее устройство пока не изготовлено, поэтому измерение уровня пульсаций будет добавлено позже.
Работа БП с бесперебойными источниками
UPS включается между блоком питания и сетью 220 вольт, что позволяет перевести БП на независимое питание при отказе последней. Технология работы устройства простая - есть узел, который контролирует напряжение сети и если он считает, что с сетью стало «плохо», то он переключает реле и на вход БП вместо сети начинает поступать прямоугольное напряжение с преобразователя от аккумуляторного блока. В данном описании я использовал самую распространенную технологию бесперебойных источников, а значит самую дешевую и востребованную. Мне затруднительно охарактеризовать время определения отказа сети, но обычное реле переключается за 7-20 мс.
Интересно, что сам «пролет переключения» обычного реле 20 мс происходит за 1.8 мс. Эта цифра была получена на одном измерении и может восприниматься лишь как ориентировочное значение. Иначе говоря, бесперебойный источник переключает с сети на «аккумулятор», при этом основное время тратится на ожидание нарастания достаточного тока в реле, чтобы возрастающий магнитный поток привел в движение якорь с подвижными контактами. Хотите меньше время перехода - придется ставить реле с «ускорителем». Однако ставят ли его в современные (дешевые) бесперебойные источники? Узел копеечный, но стоит денег, которые никто не вернет.
Разговор о времени переключения вызван тем фактом, что блоки питания крайне негативно относятся к кратковременным сильным провалам и отключениям сети. И чем дольше была «пауза», тем больше ток потребления после него. Бесперебойный источник переключит источник питания с «неисправной» сети на собственный преобразователь, вот только последующий «дикий» ток «раздавит» только что включившийся преобразователь и все выключится.
Как следует из сказанного, методика тестирования совместимости БП должна оценивать максимальное время, которое сможет «выдержать» блок питания. Это было бы повторение ранее описанного испытания на прерывание сети, но это исследование имеет принципиальное отличие - ограничивается максимальный ток сети. Далеко не каждый UPS способен выдержать 50 ампер, даже кратковременно. Как следствие, этот тест покажет время провала меньше аналогичного, но без ограничения тока. Если блок UPS успевает переключиться за отведенное время, он способен работать с данным БП. Если нет – увы.
Продолжение следует…