Тестування блоків живлення: теорія

1. Зміст вступ
2. Що є, і чи варто це є

Зміст

вступ

Для оцінки блоку живлення може використовуватися багато прийомів, але вам не здається, що багато хто з них нічим не відрізняються від того, що пропагується засобами мовлення? А саме, є рекламою. Можна зрозуміти виробників, їх завдання заинтере ..., про що це я? - продати свій товар. І чим менше надається кінцевому користувачу достовірної інформації, тим краще. Хоча відразу виникає питання - кому від цього краще? На жаль, не споживачеві цієї продукції, не нам з вами. Так що змушений вибачитися за велику кількість технічної інформації, яку часом складно відразу охопити непідготовленому читачеві.

Пройде деякий час, накопичиться досвід і специфічні знання з тематики, і вам стане чіткіше помітна різниця між різними типами і конкретними моделями тестованих пристроїв. Це дозволить вибрати саме те, що потрібно саме вам. На цьому питання «надлишку непотрібної цифр» дозвольте закрити, хоча б тимчасово.

Що є, і чи варто це є

Для оцінки блоку живлення існує багато прийомів, але методики тестування БП в російськомовному сегменті інтернету в більшості своїй складаються з наступних розділів:

• Зовнішній вигляд коробки і упаковки;
• Зовнішній вигляд кабелів;
• Картинки блоку живлення з різних ракурсів;
• Вид БП зі знятою кришкою, кілька видів на використовувані компоненти і конструктивні рішення;
• Побудова «Комплексної навантажувальної характеристики»;
• Вимірювання ККД і «Коефіцієнта потужності»;
• Вимірювання рівня шуму;
• Висновки.

Даний набір не є фіксованим, частина пунктів може бути відсутнім або опинитися кілька модифікованими, але суть залишається незмінною. Навіть побіжний перегляд наведених пунктів змушує задатися питанням - а тестування-то де? Називали б вже прямо - «огляд і реклама». Давайте пройдемося по кожному розділу, раптом щось дійсно важливе було упущено?

Зовнішній вигляд

Бувають різні вироби. Якісь покликані тішити погляд, інші служать чисто утилітарних цілей - забезпечувати працездатність пристрою.

Що стосується блоків живлення, то вони використовуються тільки в складі системи і про їхнє існування користувач може згадати лише в момент чергової модернізації ПК, та й то не завжди. А до тих пір конкретний блок лише число в специфікації обладнання та користі від нього зовсім ніякої. При складанні можна закласти дуже потужний «фірмовий» БП і він прослужить рівно стільки ж, скільки і просто «добротний» - весь період часу життя системного блоку. Втім, дана характеристика швидше відноситься до «технічним» властивостями пристрою. Що до «зовнішнього вигляду», то його доцільність така ж, як у кнура в стразах, тьху, БП в стразах.

Однак варто зазначити, що існує невеликий клас користувачів, які захоплюються моддингом. Різного виду підсвічування, спеціальні прозорі корпусу системних блоків - для всього цього дуже підходить гармонійно виконаний і стильний тип корпусу БП. Але, на жаль, при цьому не треба забувати, що в більшості своїй внутрішнє облаштування системного блоку виконується в стандартних кольорах «металік» і БП чорного або синього кольору буде лише випинатися на тлі інших компонентів. Коротше кажучи, зовнішній вигляд блоку може бути і важливий для (вкрай незначною) частини покупців, всі інші змушені оплачувати дизайнерські вишукування компанії-виробника зі своєї кишені.

Що до оформлення коробки пристрою, то сенсу в ній ще менше. Існують корисні нововведення, наприклад, ручки для перенесення або спеціальний корпус / упаковка з якогось благородного матеріалу. Це неминуче викликає вибух заздрості у всіх тих, хто не може дозволити собі придбати безглуздо дорогу модель. Залишається лише зрозуміти, до якої сторони вам хочеться бути віднесеним - тих, хто захоплюється функцією, якої скористається один лише раз і забуде про неї, або до іншої сторони, які не стали витрачати на це свої гроші.

Дозвольте оцінити корисність зовнішнього вигляду як «байдуже» і не витрачати на нього ні своє, ні ваш час.

Внутрішній устрій блоку живлення

Знаєте, завжди цікаво подивитися «що всередині коробки» і блоки живлення в цій якості дуже цікаві. Велика потужність і вкрай обмежений обсяг породжують дуже вишукані конструктивні рішення. Але що може корисного повідомити огляд визначних пам'яток? Наявність конденсаторів відомих фірм підвищеної якості? Або особливо розвинену мережу тепловідвідних елементів? ... Або міру (не) вдалості схемного рішення? Пробіжимося швиденько по цих пунктах.

«Японські / твердотільні конденсатори».

Хороші конденсатори значать дуже багато для блоку живлення. Швидше навіть так - їх термін служби, який може виявитися менше очікуваного користувачем, залежить тільки від швидкості деградації властивостей конденсаторів.

Причин тут дві - практично у всіх БП конденсатори працюють або на граничному рівні струму, або перевищують цей поріг «до» кількох раз. Типовий приклад - конденсатор у випрямлячі 5VSB. Більшість (майже всі) блоків живлення середньо-низької якості виходять з ладу через «висихання» конденсатора в цьому ланцюзі. Великий імпульсний струм, в кілька разів перевищує гранично допустимий, невеликі розміри, не дуже продувається місце в топології БП, вплив поруч розташованого радіатора низьковольтної частини (найбільш прогрітого). Як наслідок, «безкоштовна допомога» не пропадає дарма, конденсатор виходить з ладу недозволено швидко.

Для електролітичних конденсаторів існує гарантований час напрацювання, яке швидко сходить до «сотням годин» при наближенні до граничної температури і / або перевищенні максимального імпульсного струму (останній викликає сильний локальний нагрів внутрішніх структур конденсатора). Можна подивитися характеристики вельми якісних пристроїв, які можуть встановлюватися в це схемне рішення (однотактний обратноходового перетворювач).

Візьмемо типове рішення, 5VSB з граничним струмом навантаження 2 ампера. Середня шпаруватість перетворювача 25%, що означає підвищувальний коефіцієнт * 1.5 (цифра умовна) струму конденсатора по відношенню до вихідної величини. Модель:

Форма струмів в трьох контрольних точках:

• Червоний: струм діода;
• Синій: ток конденсатора;
• Жовтий: струм навантаження.

Імпульсна форма струму через діод і конденсатор збігаються, різняться вони лише рівнем постійної складової - конденсатор віддає накопичену енергію в момент паузи.

У спектральної площині:

Струм через конденсатор перевищує вихідний струм перетворювача вже на 15% і тільки для першої гармоніки. Наступна гармоніка йде з такою ж дуже істотною складовою, як і наступні. При цьому слід врахувати, що підвищена частота імпульсного струму через конденсатор викликає більший нагрів внутрішніх структур, ніж струм низької частоти, і його нормують менші за розміром. До того ж, дана симуляція виконує усереднення струму, а для правильного аналізу потрібно виконувати усереднення потужності (середньоквадратичне усереднення) і «діюча» величина струму виявиться набагато вище «+ 15%».

Втім, спробуємо забути ці «дрібниці» і просто подивимося на досить якісну (і типову для БП) серію конденсаторів. скажімо, Teapo серія SC . Температура 105 градусів, робоча частота 100 КГц - їм саме місце під дане застосування. Номінальна напруга конденсатора має бути не менше 6.3 В, але у відповідальній ланцюга це занадто маленький запас - тобто 10 В. Під 2.3 ампера підходить або 4700 мкФ, або 6800 мкФ. У будь-якому випадку це буде конденсатор діаметром 16 мм і висотою 36 мм. Чим менше «фірмовий» конденсатор в даній схемі, тим більше повинні бути його геометричні розміри.

Тепер питання - ви коли-небудь бачили конденсатори подібного розміру в цій частині БП? 16 х 36 вельми великий конденсатор, не полінуйтеся дотягнутися до лінійки. При цьому слід врахувати, що розрахунки складені для струму навантаження 2 ампера, а деякі виробники маркують свої вироби цифрами «3 А», «3.5 А» і навіть «4..5 А». Збільшення частоти перетворювача не знижує кидки струму через конденсатор, тут потрібно змінити топологію, ... яка відразу різко підвищить ціну і збільшить займане місце на платі, якого і так вічно не вистачає.

Повертаючись до обговорюваної теми, хочеться поцікавитися, скільки разів ви бачили, щоб автори оглядів після подання видів виконання блоку живлення хоч якось відзначали очевидно недостатню «потужність» конденсатора по ланцюгу 5VSB? При цьому дозвольте нагадати, конденсатор в цьому місці «практично» визначає термін служби всього продукту, це вкрай важливий параметр надійності. І що? Відкривають блок живлення тільки для пошуку «японських конденсаторів» ... Думаю, з цим питанням ясно.

Переходимо до «твердотілим конденсаторам». Їх застосування в блоках харчування безперечне достоїнство конкретної моделі - дуже сильно зростає надійність і термін служби пристрою. Але, на жаль, даними конденсаторів властиві деякі недоліки, здатні знизити якість формованих напруг. При дослідженні одного БП, в якому на силовий випрямної частини використовувалися «твердотільні» конденсатори, я зіткнувся з тим, що блок створював підвищений коливальний процес при імпульсної навантаженні. Заміна конденсаторів на звичайні, але якісні, позбавила його від даного недоліку.

Інакше кажучи, для застосування «твердотільних» конденсаторів потрібні спеціальні схемні рішення, які застосовуються не в кожному випадку і «банальна» заміна одного типу на інший може принести лише шкоду. Тут можна порекомендувати тільки не западати на «особливі» конденсатори - це може вийти боком, а користуватися таким «виродком» доведеться саме вам, за ваші ж гроші.

«Якісна / розвинена система охолодження».

Якщо взяти два блоки живлення, в одному з яких буде «дохлий» радіатор, а в іншому «густий і розлогий», який з двох ви виберете? Логічно, що останній, там же більше деталей. З іншого боку, в першому може використовуватися синхронний випрямляч і LLC инвертер, що означає вкрай низький нагрів силових елементів і банальну непотрібність розподіленого відведення тепла. Очі говорять одне, реальний стан справ інше - кому вірити? Автору огляду? Гм, а він прорахував ефективність застосованого синхронного випрямляча? Цілком може виявитися так, що «ефективний» синхронний випрямляч виграє у «банального» діодного випрямляча тільки при низькому струмі навантаження, а при переході до істотного рівня струму слід відвертий провал.

Критерієм в даному випадку є не розмір радіатора, а його температура. Саме його температура, а не температура вихідного повітря з блоку живлення, що надається деякими авторами оглядів. Коротше кажучи, у характеристики «розмір радіатора» є сенс тільки при приведенні його температури, без цього посилання на розвиненість системи охолодження несе такий же технічний сенс, як і колір корпусу БП.

«Успішність схемного рішення».

Це дуже короткий пункт і, власне, сперечатися тут нема про що. Зовнішній вигляд використовуваних компонентів не відображає величин струмів і напруг, що протікають в них в стаціонарних і динамічних режимах роботи. Сюди слід додати, що простим зміною номіналів декількох резисторів можна легко «угробити» БП. Сподіваюся, у вас немає відчуття, що автори оглядів по кілька днів вивчають роботу тестованої моделі за допомогою осцилографа і спеціального оснащення?

Дослідження внутрішнього устрою блоку живлення слід проводити для виконання наступних цілей:

• Огляд / розрахунок характеристик (потужності) конденсаторів в силових ланцюгах і, особливо, 5VSB;
• Складання карти розподілу шин 12 вольт від силового виходу.

Про необхідність першого сказано вище, але ніхто даної дурістю не займається, а про потрібність розподілу мова піде трохи нижче. Якщо в блоці живлення єдина вихідна шина 12 вольт, то з підключенням особливих проблем виникнути не повинно. Але якщо шин кілька і на кожній запроваджено суворе обмеження, то казусів не уникнути. Доходить до того, що свежепріобретенном БП свідомо високої потужності можна підключити до наявної конфігурації комп'ютера - спрацьовує локальна захист.

Повторюся, ці дві характеристики знімати треба, на відміну від фотографій різнокольорових конденсаторів з різних ракурсів. Ось тільки, хто це «треба» виконує? Ясна річ, що кольорові картинки цікавіше і зрозуміліше для основної цільової аудиторії. Гм, «зрозуміліше»?

Як підсумок обговорення, якщо розбирати БП для приведення виду внутрішнього устрою, то тільки з приведенням аналізу використовуваних компонентів (з цифрами, а не кольором розмальовки). Інакше це марна трата часу.

Комплексна навантажувальна характеристика

Блок живлення формує кілька вихідних напруг і рекомендації ATX / EPS (як і інші) описують принцип розподілу потужності навантаження по каналах у вигляді «Cross Loading Graph». Типовий варіант виглядає наступним чином:

У блоці кілька виходів і вони впливають один на одного. При зміні навантаження по одному виходу слід забезпечувати мінімальний-максимальний струм по «альтернативного» каналу. Рекомендації описують зону і принцип розподілу, але не формат представлення даних. Ідея розфарбувати в різні кольори слід зовсім не з рекомендацій ATX / EPS, це самодіяльність авторів оглядів БП. Після приведення вимірів напруг по зоні навантаження, до чого немає ніяких зауважень, дані перетворюються в кольорові плями, які впливають тільки на естетичне сприйняття. Технічний огляд свідомо технічного пристрою з естетичним представленням інформації - так, мене це завжди надихало, ... щоб закрити статтю відразу.

Ряд авторів призводить до «КНХ» додатково навантажувальні криві і осцилограми, що кілька знімає гостроту проблеми. Чому ж «КНХ» стали нормою для оглядів блоків живлення? По ньому непідготовлений читач може відразу зрозуміти, хороший БП чи ні - якщо на «КНХ» є червоні плями, то БП поганий, а якщо тільки зелені - все відмінно. І як будь-який простий висновок він є невірним. При естетичному аналізі кольорових плям не враховується зона роботи блоку в реальному комп'ютері. Якщо БП являє в «КНХ» «рівне зелене поле», то до такої характеристики причепитися неможливо, але і наявність «червоних плям» для БП в місцях, куди нагрузочная крива ніколи не потрапить, зовсім нічого не означає.

Без урахування цього моменту ви можете придбати або неякісний БП, або витратити зайві гроші на ту якість, яку ніколи не використовуєте. Наприклад, проблему стабільності вихідних напруг можна вирішити установкою блоку свідомо зайвої потужності. Це вирішить проблему зі зміною напруги під навантаженням, ось тільки в режимі простою споживання комп'ютера виявиться трохи вище очікуваного - потужні БП характеризуються підвищеними внутрішніми втратами. Оптимум це завжди компроміс. Що до самої «КНХ» в її звичайному виконанні, то сенсу в ній менше, ніж здається.

Вимірювання ККД і «Коефіцієнта потужності»

ККД - одна з характеристик, яка об'єктивно оцінює якість БП. Якщо у блоку живлення висока ефективність, це означає не тільки якісні схемні рішення (по крайней мере, в силовій частині), але і досить товсті провідники в сполучних кабелях і низький вихідний опір. Зворотне теж, на жаль, часто вірно - низький ККД означає, ... ну, посередність для офісної друкарської машинки.

Особисто у мене немає ніяких сумнівів в корисності вимірювання даної характеристики, проблема в іншому - коли максимум ефективності фіксується в області вище 70% навантаження або нижче 30% для загального рівня ККД вище 80%, то це відразу викликає сумнів в адекватності засобів вимірювання. До того ж, ККД може змінюватися тільки монотонно (можливі лише різкі провали), і спостереження на графіках різких стрибків вгору теж призводить до негативних думок. Здебільшого автори оглядів використовують саморобний обладнання, так що питання точності вимірювань залишається актуальним.

Коефіцієнт потужності (КП) показує ступінь схожості струму споживання до напруги мережі живлення, тобто міру його не_реактівності. Забавно, що один з авторів оглядів вважає, що значення КМ більше одиниці не є чимось незвичайним. Втім, в самій цій характеристиці не так вже й багато сенсу. Якщо КМ досить високий, більше 0.9, то подальше його підвищення користь не приносить. Позитивний ефект може проявитися тільки при використанні мережі передачі цифрових даних через електричну розетку, але у цієї технології вкрай низьке поширення і підбирати все блоки живлення всіх системних блоків тільки заради цього було б вкрай невигідно, не кажучи вже про безглуздість самого дії.

Чому я поставив разом ККД і КМ? Деякі автори поєднують цю пару графіків на одній діаграмі, і читач починає їх плутати, благо і назви, і значення їх дуже схожі. Плюс до того, автори оглядів доповнюють діаграми хвалебними відгуками про високе значення КМ - значення якого позбавлені сенсу. Фактично це означає забивання голови читача непотрібною інформацією для відволікання від дійсно цінної.

Чи варто відзначати КМ? При формуванні сертифіката «80+» наводиться лише одне значення КМ при половинній потужності навантаження БП. Що ж, мабуть, це і є критерій розумності. Непідготовлений читач часто не зможе самостійно оцінити міру важливості інформації, що представляється, тому якщо і приводити графіки КМ, то з явною вказівкою про її низької значущості при його досить високому рівні.

Вимірювання рівня шуму

Як і по ККД, у мене немає ніяких заперечень за фактом вимірювання даної характеристики. Зараз, як і в подальшому, будуть будуватися тихі комп'ютери, а тому оцінка рівня шуму складових системного блоку є досить актуальною.

Але і тут є підводні камені - в блоці живлення вентилятор управляється залежно від температури деяких компонентів (найчастіше радіатора вихідних випрямлячів) і зміна температури навколишнього середовища «зміщує» характеристику. Якщо простіше, «тихий» по оглядам БП може виявитися зовсім не тихим в системному блоці кінцевого користувача.

З цього приводу EPS наводить такі рекомендації:

Інакше кажучи, якщо в блоці живлення використовується активне управління швидкістю обертання крильчатки вентилятора, то його тестування має проводитися при підвищеній і контрольованій температурі навколишнього простору (повітря, що подається), всі інші варіанти вимірювання представлять свідомо невірні результати.

Крім вимірювання рівня шуму слід проводити аналіз спектра. В останні кілька років комп'ютери наповнила «їжа» продукція. Що цікаво, дана біда хвилює тільки кінцевих користувачів - ні авторам оглядів, ні виробникам немає до неї діла. Причому, якщо БП видає «писк», то цей дефект не є гарантійним випадком і пристрій поверненню / обміну / ремонту не підлягає. А спроба прямого виміру «писку» може закінчитися невдачею - крива зважування «А» кілька підрізає ВЧ-складові спектра і відбувається додаткове зниження показань через нестабільне характеру звучання.

висновки

Отже, в типовій статті наводиться зовнішній вигляд і внутрішнє господарство БП, проводяться три тести (КНХ, вимір акустики, ККД / КМ), і все. І все? Що це означає? Блок живлення сучасного комп'ютера використовується для харчування лампочок? Що, більше немає нічого, що потрібно від БП? Смайлик Рукалицо.

Блок може не забезпечувати роботу високоефективних процесорів (історія сумісності моделей БП з Haswell ще актуальна), відзначитися низькою стійкістю до нестабільності мережі або перешкод в ній, виявитися погано або повністю несумісним із системами безперебійного живлення, та й взагалі забезпечувати низьку якість вихідної напруги. Чим складніше і досконаліше стає комп'ютер, тим далі він відходить від властивостей «лампочки». Динамічне споживання з високою швидкістю і великим пік-фактором стало нормою, ось тільки схемні рішення в блоках харчування ніяк на це не реагують, та й в рекомендаціях (EPS) це відбивається вельми слабо.

Як наслідок, на сучасний комп'ютер ставиться блок живлення кам'яного віку з відповідними наслідками - дивними вильотами, перезавантаженнями і іншими радощами життя. Найчастіше в сучасному ПК використовується розгін, та й деякі компоненти бувають з низькою сумісністю один з одним, тому в «глючной» роботі системи часом важко визначити справжнього винуватця проблеми. Це може бути і не БП, але в даній статті мова йде про тестування блоків живлення - тест повинен представляти хоча б якусь упевненість, що конкретний продукт забезпечить задані умови роботи.