Еще раз о выборе блока питания

Данным материалом мы хотим в вернуться к той части персонального компьютера (ПК), к выбору которой, в конечном итоге, неминуемо приходят все, когда составляют конфигурацию будущей системы, и без которого элементы этой самой системы так и останутся набором «железок». Мы еще раз обратим своё внимание на блок питания (БП) персонального компьютера (ПК).

О блоках питания написано немало: от описания принципиальных схем БП до способов устранения неисправностей и модернизации, от методик тестирования до основных критериев при выборе БП, от описания стандартов и рекомендаций производителям БП до проверки соответствия конкретных БП этим самым стандартам и рекомендациям.

Из всего изобилия информации о БП, мы решили извлечь и собрать воедино материал, который позволит ответить на самые главные вопросы, возникающий при выборе блока питания:
  1. Какова его мощность?
  2. Почему два блока с одинаковой мощностью стоят по-разному?
  3. Так какой же все-таки БП мне купить, чтобы он «потянул» мою конфигурацию?

Мы постарались не загромождать статью обилием технических терминов, определений и характеристик, касающихся БП, в которых обычный пользователь ПК мало что поймет. А сделали упор всего на двух, самых понятных для всех показателях – стабильности выдаваемого напряжения и мощности БП. Не той мощности, которую он потребляет от сети, а той, которую он может выдать потребителям, т.е. элементам системы, и которая пишется производителями на корпусе БП.

Начнем по порядку. БП имеет выходы (шины) постоянного тока в +5V, +12V, +3,3V, -12V, +5VSB. Наибольшее энергопотребление идет по шинам - +12V, +5V и +3,3V.

+5V и +3,3V используются для питания всех микросхем и электроники, +12V используются для питания электродвигателей в CD/DVD приводах или жёстких дисках, а также для питания вентиляторов.

Требования к стабильности выходных напряжений по основным шинам блока питания, согласно требований спецификации Intel ATX12V Power Supply Design Guide, Version 2.2 от марта 2005 года, выглядят так:

При пиковой нагрузке отклонения выходного напряжения +12V могут составлять ±10%

Ниже приведена обобщенная таблица, в которой указано, какой элемент ПК от какой шины БП питается и сколько при этом потребляет мощности (мин – макс).

Помимо стабильности выходных напряжений в ATX12V Power Supply Design Guide подробно описаны все характеристики и конструктивные особенности БП, которых должны придерживаться производители. Но, следует отметить, что данная спецификация только рекомендует. А вот насколько изготовленные БП будут соответствовать этим рекомендациям – это остается на совести производителей.

Мы остановимся на одной из характеристик, описанных в ATX12V Power Supply Design Guide, которая поможет разобраться в вопросах мощности и стабильности выходных напряжений по основным шинам БП - кросс-нагрузочной характеристике (КНХ). КНХ показывает распределение нагрузок по различным шинам.

По горизонтальной оси графика откладывается нагрузка на шину +12V тестируемого блока (если у него несколько линий с этим напряжением – суммарная нагрузка на них), а по вертикальной – суммарная нагрузка на шины +5V и +3,3V. Соответственно, каждая точка графика соответствует некоторому балансу нагрузки блока между этими шинами.

Для примера возьмем кросс-нагрузочную характеристику для БП мощностью 400W.

С помощью специальной тестовой станции мы сняли КНХ трех БП различных производителей и различных ценовых категорий мощностью 400W. И обозначили их как Test1, Test2 и Test3. На графиках КНХ зона, в которой выходные напряжения блока не выходят за допустимые пределы, обозначены разными цветами – от зелёного (отклонение менее 1%) до красного (отклонение от 4 до 5%). Отклонение свыше 5% считается недопустимым (белый цвет).

Глядя на полученные характеристики, можно сделать однозначный вывод, что самый стабильный результат показал БП Test1, у которого максимальное отклонение напряжения от номинального значения составляет для всех шин не более 2%, да и то в критических точках при значительном дисбалансе нагрузок. У БП Test2 и БП Test3 ширина полосы отклонения напряжения от номинального 1-2% значительно уже, ярко выражены отклонения напряжения в 3-4%, а в критических точках отклонение напряжения достигает уже 5% и более.

Теперь совместим рекомендации ATX12V Power Supply Design Guide и наши КНХ.

Дополнительно на КНХ мы нанесли кривую (синий цвет), которую назовем просто «нагрузочной». Построили мы ее по четырем точкам, координаты которых высчитали самостоятельно. Для расчета взяты данные, указанные в ATX12V Power Supply Design Guide в таблице нагрузок для измерения КПД блока питания, а также в таблице распределения мощности для 400W-го БП.

Точка 1 соответствует легкой (минимальной) нагрузке, и составляет примерно 16-18% от номинальной мощности БП;
Точка 2 соответствует типичной (обычной) нагрузке, и составляет примерно 50% от номинальной мощности БП;
Точка 3 соответствует полной нагрузке, и составляет примерно 95% от номинальной мощности БП.
Точка 4 соответствует перегрузке, примерно на 15%, от номинальной мощности БП.

И что же мы видим. По БП Test1 - вопросов нет; Test2 – при сильном дисбалансе нагрузок в сторону +12V отклонение напряжений +5V и +12V от номинальных значений достигает критической отметки в 5%; у БП Test3 по шинам +5V и +12V при дисбалансе нагрузок в сторону +12V отклонение напряжений от номинальных значений достигает более 5% (уже в точке (250;20)). А значит, в этой области нагрузок блок питания использоваться по назначению уже не может. Получается, что БП Test1 и Test2 вписались в рекомендации ATX12V Power Supply Design Guide, а у БП Test3 с этим возникли проблемы.

НО, если мы посмотрим на нагрузочную кривую, которая показывает режим работы БП при равномерном увеличении нагрузки по всем шинам одновременно, то все наши три тестовых БП будут обеспечивать стабильность выходных напряжений в заданных пределах. И даже для самого худшего результата (Test3, график 12V, точка 3) отклонение составит всего 3%. Но о перегрузке (точка 4) для БП Test2 и Test3 все же речи идти не может. Здесь по-прежнему пальма первенства принадлежит БП Test1.

Имеет большое значение, в какой именно области графика напряжение сильнее отклоняется от номинала. На рисунках ниже штриховкой закрашена область энергопотребления, типичная для современных компьютеров – все наиболее мощные их компоненты (видеокарты, процессоры...) ныне питаются от шины +12V, поэтому нагрузка на неё может быть очень большой. А вот на шинах +5V и +3,3V, по сути, остались только жёсткие диски да компоненты материнской платы, так что потребление по ним очень редко превышает несколько десятков ватт даже в очень мощных по современным меркам компьютерах.

Если сравнить приведённые выше графики трех блоков, то видно, что БП Test1 показывает стабильность напряжений во всей рабочей области, БП Test2 уходит в красный цвет лишь в области сильного дисбаланса нагрузок, БП Test3 уходит в красный и далее белый цвет уже в середине области.

Теперь подытожим. Мы имеем на руках три тестовых блока питания с заявленной мощностью 400W. Благодаря нашему сравнительному анализу, сделанному на основании всего двух параметров БП - выдаваемой мощности и стабильности выходных напряжений, первое место занял БП Test1, который продемонстрировал высокую стабильность выходных напряжений во всем диапазоне нагрузок; причем он еще имеет достаточный запас по мощности, позволяющий работать БП при нагрузке, превышающей полную мощность БП. Второе место досталось БП Test2, который в целом показал неплохой результат. Можно сказать, что он полностью соответствует рекомендациям ATX12V Power Supply Design Guide по КНХ. Стабильность же выходных напряжений, по сравнению с БП Test1, оставляет желать лучшего, хотя и не выходит за пределы стандартов. Даже мало-мальским запасом по мощности он не обладает. Ну и на третьем месте БП Test3. Выдаваемые им параметры самые некачественные. Производитель, мягко говоря, завысил объявленную мощность этого блока питания. Его КНХ будет удовлетворять лишь рекомендациям для блоков питания мощностью 250W.

Это все, что касается вопроса о мощности БП. Теперь об их цене.

Ни для кого не станет открытием, что протестированные БП находятся в разных ценовых категориях. Мы даже не будем утруждать себя описанием, к какой категории принадлежит тот или иной БП. Вы и сами сделаете правильные выводы.

Разница в стоимости БП обусловлена реализованной схемой построения БП, качеством и количеством используемых при изготовлении деталей и комплектующих (сюда входит все, начиная от толщины железа корпуса, наличия у него декоративного покрытия, количества дополнительных шлейфов, разъемов и вентиляторов, заканчивая номиналами электронных компонентов). А чем выше качество и надежность компонентов, из которых изготовлен БП, тем более лучшие показатели он будет демонстрировать. И вот тут, как говорится, «по качеству и цена». Вспомните хотя бы, сколько в ПДУ от телевизора работают батарейки от какого-нибудь маститого и проверенного производителя стоимостью 25 рублей за батарейку, и сколько проработают батарейки, вроде как с теми же параметрами, но по 5 рублей за штуку… комментарии излишни.

И, наконец, ответ на третий вопрос. Есть очень интересный документ от Intel, который называется Design Guide for Desktop Platform Form Factors rev 1.0 (июнь 2006 года), или, на языке родных осин, Инструкция по разработке платформ для настольных компьютеров, в который входит и упомянутая уже спецификация ATX12V Power Supply Design Guide, а также описания других форматов (CFX, TFX, SFX и так далее). Приведем из этого документа всего две таблицы в части, касающейся блоков питания.

Возможно данные, указанные в этих таблицах, с течением времени несколько устарели, но общий смысл все равно остается прежним. Условно персональные компьютеры разделены по конфигурации на «домашние» и «офисные». И в зависимости от того, какие функции они будут выполнять, им рекомендуется тот или иной формат блока питания с определенной мощностью.

Хорошо видно одно - ЧЕМ МОЩНЕЕ КОНФИГУРАЦИЯ ПК, ТЕМ БОЛЕЕ МОЩНЫЙ (И СООТВЕТСТВЕННО ДОРОГОЙ) БЛОК ПИТАНИЯ ДОЛЖЕН ИСПОЛЬЗОВАТЬСЯ. И этот принцип является основополагающим при построении любой конфигурации ПК.

Так, например, из протестированных блоков БП Test3 мы бы не решились использовать ни в одной из приведенных выше конфигураций. БП Test2 подошел бы к большинству конфигураций, за исключением «Lifestyle Entertainment PC Premium» и «Extreme Gaming & Media Entertainment PC» (см. табл. Digital Home Platform Configurations). БП Test1 еще можно было бы рискнуть установить на «Lifestyle Entertainment PC Premium», но вот «Extreme Gaming & Media Entertainment PC», при всех его преимуществах он бы уже не потянул.

В очень редких случаях действительно хороший блок питания на 350W может стоить меньше 50-60$, а на 450W - меньше 80-90$. Но опять же, такой блок питания, можно установить в хороший игровой ПК, но вот в офисном варианте ПК ему просто нечего делать. Туда вполне подойдет БП за 20-30$.

Мы надеемся, что наш материал поможет многим в будущем избежать проблем с функционированием системы, выходом из строя БП или, не дай никому компьютерный Бог, более серьезных и дорогостоящих элементов системы по причине неадекватно подобранного БП. Так что выбор остается только за Вами.

Полезные ссылки: 
- Расчёт мощности блока питания
- Методика тестирования блоков питания