Прочие характеристики и сертификаты

Помимо мощности, существуют и иные характеристики и функции, которыми наделяют свои изделии производители блоков питания.

Мы имели дело с огромным количеством различных компьютеров и наш опыт заключается в том, что если в помещении есть несколько компьютеров и в сети происходит внезапное падение напряжение, то более качественный и мощный блок питания позволит сохранить компьютер в рабочем состоянии, в то время как ПК со слабыми блоками питания отключаются.

Более качественный блок питания также помогает защищать вашу систему. В частности, используя блоки питания таких производителей, как PC Power и Cooling, вы можете не переживать за безопасность компонентов ПК в следующих случаях:

• 100% отключение энергии любой продолжительности.
• Кратковременное падение напряжения.
• Пиковое увеличение напряжения до 2500 В на входе (например, в результате удара молнии или кратковременного скачка напряжения в сети).

Качественные блоки питания имеют крайне низкую величину тока, подведённого к заземлению (менее 500 мА). Это важно с точки зрения безопасности ПК, если он не подключён к заземлению.

Как можно видеть, дополнительные характеристики блоков питания достаточно жёсткие и подобные возможности можно встретить, только когда речь идёт о достаточно дорогих изделиях.

Вы можете также встретить и много других критериев оценки БП. Блок питания - это тот компонент ПК, на который многие покупатели обращают внимание в последнюю очередь, поэтому многие системные интеграторы также не уделяют должного внимания выбору БП. В конце концов, продавцу ПК выгоднее установить в компьютер более производительный процессор или жёсткий диск большего объёма, чем оснастить его более качественным блоком питания.

Именно по этой причине при выборе компьютера либо апгрейде имеющегося необходимо очень внимательно отнестись к качеству блока питания, который вы планируете использовать. В то же время, различные характеристики и значения, которые приводятся в спецификации блоков питания, многих покупателей могут ввести в ступор. Поэтому здесь мы приводим перечень наиболее распространённых параметров блоков питания:

• Наработка на отказ (Mean Time Between Failures - MTBF) или наработка до отказа (Mean Time To Failure - MTTF). Расчётный интервал времени, выраженный в часах, в течении которого предполагается, что блок питания будет работать до выхода из строя. Блоки питания обычно имеют рейтинги MTBF (например, 100 000 часов или более), которые, очевидно, не являются результатом реальных эмпирических тестов. Фактически, производители используют опубликованные стандарты для вычисления MTBF, основанные на рейтингах отказов отдельных компонентов блока питания. Цифры MTBF для блоков питания часто включают уровень нагрузки, который предполагается (в % от общей мощности), а также температуру окружающей среды, при которой данные значения актуальны.
• Входной (или рабочий) диапазон. Означает диапазон напряжений, с которыми может работать БП. Например, для американской сети переменного тока 120 В входной диапазон, как правило, составляет 90-135 В, а для европейских сетей 240 В типичен диапазон 180-270 В.
• Пиковый ток при включении. Максимальная величина тока на момент времени непосредственно после включения БП, выраженная в амперах при заданном напряжении. Чем ниже эта величина, тем меньший температурный шок система испытывает.
• Время отключения. Количество времени (в миллисекундах), в течение которого БП может поддерживать уровни напряжения в соответствии со значениями по спецификации в случае внезапного отключения входящего тока. Это позволяет компьютеру продолжать работу после кратковременного падения напряжения в сети без перезагрузки или отключения. Величины в 15-30 мс являются стандартными для современных БП, но чем больше данная величина, тем лучше. Согласно спецификации " Power Supply Design Guide for Desktop Platform Form Factors", минимальное время отключения составляет 16 мс. Время отключения также сильно зависит от текущей нагрузки на блок питания. Время отключения, как правило, отражает минимальное время, измеренное под максимальной загрузкой. Если нагрузка снижается, то время отключения пропорционально возрастает. Например, если блок питания на 1000 Вт имеет время задержки 20 мс согласно своей спецификации (измеренное под нагрузкой 1000 Вт), то при нагрузке 500 Вт (половина заявленной мощности) время загрузки увеличивается вдвое, а при нагрузке 250 Вт - в четыре раза. На самом деле, это одна из причин приобрести более мощный блок питания, чем требуется с учётом требований компонентов системы.
• Время перехода. Количество времени (в миллисекундах), которое требуется блоку питания, чтобы восстановить напряжения на выходах (в соответствии со спецификацией) после перехода в другой режим работы. Иными словами, речь идёт о времени, за которое напряжения на выходах блока питания стабилизируются при включении или отключении одного из компонентов ПК. Блок питания проверяет нагрузку по выходам через регулярные интервалы времени. Когда устройство отключается (например, оптический привод останавливает вращение диска), блок питания в течение короткого промежутка времени может продолжать подводить высокий уровень тока по разъёму питания. Это излишнее напряжение называется " выбросом", а время перехода означает промежуток времени, который требуется для возвращения к стандартным значениям напряжения на выходах согласно спецификации. Изменение режима работы какого-либо из компонентов ПК рассматриваются как скачок напряжения и могут вызывать сбои и зависания компьютера, так как влияют на подаваемые к другим выходам напряжения. Будучи одной из основных проблем импульсных блоков питания, когда они только появились, " выбросы" были заметно снижены в последние годы. Значения времени перехода часто выражаются как временные промежутки, но иногда они выражаются в предельной величине изменения напряжений на выходах (например, в спецификации говорится, что " уровень напряжения на выходе при изменении режима нагрузки может меняться в пределах 20%).
• Защита от превышения напряжения. Данный параметр определяет показатели для каждого выхода, при которых блок питания отключает тот или иной выход. Могут выражаться либо в %% от значения по спецификации (например, 120% для +3, 3 В и +5 В), либо в реальных значениях напряжения (например, +4, 6 В для выхода +3, 3 В и +7 В для выхода +5 В).
• Максимальный ток нагрузки. Максимальное значение тока (в амперах), который может безопасно проходить через тот или иной выход. Значения выражаются в индивидуальной силе тока для каждого напряжения. Опираясь на эти данные, вы можете не только рассчитать общую мощность блока питания, но и проверить, сколько устройств можно " повесить" на тот или иной выход.
• Минимальный ток нагрузки. Определяет наименьшее значение тока (в амперах), которое должно подаваться на конкретный выход для обеспечения его работы. Если ток, потребляемый на выходе, снижается ниже минимального, то блок питания может выйти из строя или автоматически отключится.
• Стабилизация нагрузки (или стабилизация напряжения нагрузки). Когда ток по тому или иному выходу увеличивается либо снижается, значения напряжения также немного изменяются - как правило, снижаются, если ток увеличивается. Стабилизация нагрузки означает изменение напряжения на выходе, когда происходит переход от минимальной нагрузки к максимальной (или наоборот). Значения выражаются в +/- %%, обычно в диапазоне от +/-1% до +/-5% для выходов +3, 3 В, +5 В и +12 В.
• Стабилизация сетевого напряжения. Изменение выходного напряжения при колебаниях входящего переменного тока от самого низкого до самого высокого значения (либо наоборот). Блок питания должен использовать любой переменной ток в пределах рабочего диапазона, сохраняя на выходе стабильное напряжение (допустимы колебания в пределах 1% или ниже).
• Эффективность. Соотношение мощности БП на выходах к потребляемой мощности. Стандартными на сегодняшний день считаются значения 65-85%. Оставшиеся 15-35% превращаются в тепловую энергию в ходе процесса преобразования тока из переменного в постоянный. Хотя более высокая эффективность означает, что блок питания будет меньше греться (и это хорошо) и более низкие расходы на оплату электроэнергии. Ради более высокой эффективности блока питания не должны приноситься в жертву точность, стабильность и надёжность, также как жёсткая стабилизация сетевого напряжения и другие характеристики.
• Шумы, перепады, периодические и случайные отклонения сети переменного тока. Средняя величина колебаний напряжения на выходах БП в зависимости от всех эффектов сети переменного тока, связанных с перепадами напряжения, как правило, изменяющаяся в милливольтах или процентах от номинального значения. Чем ниже данный показатель, тем лучше. Для качественных блоков питания перепады напряжения обычно составляют 1% от номинального напряжения на выходе (или меньше). Следовательно, для выхода +5 В они могут достигать 0, 05 В или 50 мВ (милливольт). Перепады напряжения могут быть вызваны внутренними особенностями конструкции блока питания, колебаниями напряжения в сети переменного тока либо случайными наводками.

Коэффициент компенсации колебаний тока (PFC)

Чтобы улучшить эффективность выпрямления тока и снизить уровень гармонических колебаний в сети, схема блока питания должна способствовать снижению импульсного характера потребляемого тока. В частности, во многих странах ЕС действуют строгие стандарты, регламентирующие характер потребления тока и уровень импульсных колебаний, связанных с работой выпрямителя напряжения. Это значит, что блок питания должен иметь цепь компенсации импульсных колебаний потребляемого тока - PFC (Power Factor Correction).

Коэффициент компенсации колебаний (PFC) показывает, насколько эффективно блок питания использует входящий ток и выражается величиной от 0 до 1. Высокий коэффициент означает, что электрическая энергия расходуется эффективно, низкий указывает на недостаточно эффективное её использование. Чтобы осмыслить, что представляет собой данный коэффициент, необходимо представлять, как работает цепь выпрямления переменного тока в блоке питания.

Как правило, различают два типа нагрузки на линии сети переменного тока:

• Резистивная нагрузка (также называется активной или безындукционной) - предполагает постоянный тип нагрузки, энергия конвертируется в тепло или свет. Примеры - электролампы, обогреватели, электроплиты и т.д.
• Реактивная нагрузка (или индуктивная) - переменный тип нагрузки, который создаёт катушка индуктивности, трансформатор, электродвигатель. В течение одной половины полупериода энергия электрического тока преобразуется в магнитное поле, а течении следующей энергия магнитного поля преобразуется в электрический ток. При индуктивной нагрузке кривая тока отстаёт от кривой напряжения на ту же половину полупериода.

Резистивную нагрузку часто называют рабочей силой и измеряют в киловаттах (кВт). Индуктивная нагрузка, в свою очередь, часто называется реактивной энергией и измеряют в киловольт-амперах реактивной нагрузки (кВАР). Рабочая сила и реактивная энергия, в свою очередь, образуют полную мощность, которая измеряется в киловольт-амперах (кВА). Коэффициент компенсации представляет собой отношение рабочей силы к полной мощность, то есть кВт/кВА. В идеальном случае, коэффициент равен единице, то есть рабочая сила и полная мощность совпадают.

Концепция активной нагрузки, или рабочей силы, довольно легка для понимания. Например, лампочка, которая потребляет энергию мощностью 100 Вт, генерирует 100 Вт тепловой и световой энергии. Это - чисто резистивная нагрузка. Суть индуктивной нагрузки осмыслить, однако, сложнее. Представьте себе трансформатор, который имеет две катушки - одна генерирует электромагнитное поле, вторая отвечает за его превращение обратно в электрический ток. Определённая энергия расходуется на то, чтобы насытить катушку током и генерировать э/м поле, даже если никакой работы не производится. Электрический трансформатор, который ни к чему не подключён, есть пример чисто индуктивной нагрузки. Очевидно, энергия потребляется, так как создаётся электромагнитное поле, но, вместе с тем, никакой рабочей силы в данном случае нет, так как работа не производится.

Когда трансформатор подключён к нагрузке, мы имеем дело как с индуктивной нагрузкой, так и с рабочей силой. Другими словами, мощность расходуется для выполнения работы (например, если трансформатор используется для питания ламы накаливания), а полная мощность используется для поддержания электромагнитного поля в обмотках трансформатора. В сети переменного тока эти нагрузки могут не совпасть с фазой, то есть синусоиды колебаний переменного тока не совпадут, что приведёт к гармоническим искажениям. Это может создавать эффект акустического шума, приводить к сильному нагреву трансформатора и неизбежным потерям мощности.

PFC включает дополнительные конденсаторы, которые могут поддерживать индуктивную нагрузку без потребления дополнительной мощности. Это позволяет уравнять рабочую силу и полную мощность таким образом, чтобы коэффициент компенсации приближался к единице. Как правило, это не означает лишь появление дополнительных конденсаторов в цепи стабилизатора входящего тока. Активная система PFC предполагает более интеллектуальную систему, устроенную таким образом, чтобы полностью уравнять резистивную и индуктивную нагрузки, чтобы на выходе мы получили коэффициент компенсации, равный единице.

Блок питания, имеющий систему активной компенсации колебаний тока, снижает искажения тока из сети и имеет коэффициент PFC, равный 0, 9 или выше. Блок питания без цепи PFC имеет серьёзные искажения и, нередко, допускает весьма серьёзное воздействие эффекта несовпадения фаз на фактические характеристики. Как правило, мощность БП без системы PFC составляет примерно 60% от заявленной.

Наличие или отсутствие активной цепи PFC может повлиять на рейтинг вашего БП, а может и не повлиять - всё зависит от того, каким образом измерена мощность блока питания, указанная в характеристиках. Но активная PFC, несомненно, повысит эффективность использования электроэнергии. Блок питания с системой коррекции колебаний преобразует всю энергию, полученную от сети переменного тока, в эффективную мощность. Если речь идёт о большом парке ПК, экономия электроэнергии оказывается достаточно весомой и может достигать 40%.

Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission - IEC) представила стандарты, связанные с низкочастотной системой питания. Исходные стандарты составляли 555, 2 (гармонические) и 555, 3 (пиковые), но они в данный момент были переработаны и теперь известны как IEC 1000-3-2 и IEC 1000-3-3. В соответствии со спецификацией EMC, большинство электрических устройств продаются в странах Европейского Союза при наличии сертификата IEC. Стандартны IEC1000-3-2/3 стали обязательными в 1997 и 1998 годах.

Если вы живёте не в Европе, где использование PFC обязательно, мы всё же рекомендуем использовать блоки питания, оснащённые PFC. Сертификат 80 PLUS для высокоэффективных БП включает требование наличия обязательного PFC. Основное преимущество блоков питания, оснащённых PFC, заключается в том, что ни не перегружают сеть переменного тока, не оказывая таким образом воздействия на работу других устройств.