В отличие от других компонентов компьютера, историю блоков питания никто никогда не отслеживал, ведь эволюционировали они довольно медленно и особого интереса не представляли. Однако сегодня, оглянувшись назад на эволюцию компьютерных БП, можно отметить множество интересных деталей.

 Какими были блоки питания первых компьютеров, история умалчивает, однако можно с уверенностью сказать, что они представляли собой целые подстанции, ведь чтобы прокормить лампового монстра размером со здание, нужно море энергии. Для получения требуемых напряжений использовались огромные  трансформаторы с сердечником из стальных пластин и медными обмотками. Эти устройства были простыми и надежными, но имели один недостаток: чтобы получить выходное напряжение 12 вольт и мощность 300 ватт, нужен трансформатор весом 10-15килограммов. Для линии 3.3В придется добавить трансформатор весом еще в 5кг.  С т ечением времени компьютеры и их энергопотребление постоянно уменьшались. Вероятнее всего, первый качественный скачок в компьютерном БП-строении произошел во время появления первого полностью полупроводникового компьютера TRADIC (TRAnsistor DIgital Computer) компании BELL Labs в 1955 году, который содержал в себе около 800 транзисторов и 10000 диодов, потребляя при этом менее 100 ватт энергии. Этот компьютер называли «Летающим TRADIC’ом», так как он устанавливался на стратегические бомбардировщики ВВС США Б-52. Естественно, что вес устройства для самолета должны были уменьшить максимально . 

 Первые унифицированные блоки питания (потомки которых стоят сегодня в наших компьютерах), получившие широкое распространение, появились вместе с первым компьютером IBM-PC на основе процессора 8086 в 1976 году. Данные БП имели совершенно различный внешний вид, каждый производитель делал корпуса блоков по-своему, в зависимости от конструкции кузова компьютера. Часто доходило до того, что блок питания был собран не на единой печатной плате, а состоял из нескольких модулей, размещенных в одном большом корпусе. Для чего это делалось, до сих пор не ясно, возможно, из каких-то соображений безопасности.  Идея импульсного блока питания заключается в том, что мы преобразуем ток не в том виде, в каком он поступает из сети (в обычном трансформаторе первичная обмотка рассчитана на сетевое переменное напряжение), а сперва выпрямляем его, преобразуем при помощи генератора в высокочастотные прямоугольные импульсы и после этого подаем на трансформаторы. Чем выше частота импульсов, тем ниже требования к габаритам сердечника, который может быть выполнен уже не из стали, а из ферромагнитных сплавов. Напряжение на первичной обмотке трансформатора используется для обратной связи с генератором импульсов, благодаря чему блок питания может поддерживать стабильное выходное напряжение. Импульсные блоки питания обладают сравнительно маленьким весом и габаритами, высоким КПД, могут выдавать большую пиковую мощность, но в их преимуществах кроются их недостатки: они не могут работать без нагрузки и не имеют гальванической развязки с сетью, из-за чего в случае выхода силовых элементов из строя на компоненты ПК поступит очень высокое напряжение и они сгорят.

Хотя принципы работы и остались прежними, новые блоки питания получили много дополнительных функций и отличий от морально устаревающих AT. Одним из основных изменений новых блоков являлась практически полностью измененная система запуска и управления. В отличие от предыдущего поколения, где запуск БП и включение компьютера осуществлялось простым замыканием контактов цепи  220 вольт и какие бы то ни было возможности управления питанием отсутствовали как класс. Новые питатели получили современную систему, позволяющую программно управлять жизнью компьютера (стандарт Расширенного управления питанием, или ACPI). Это позволило программно включать и выключать компьютер по различным событиям, например, по таймеру или вызову по телефонной линии, а также управлять режимами работы, например, переводя его в интеллектуальный спящий режим (Suspend-to-RAM), при котором создается видимость отключения компьютера, в то время как основные его узлы, память и процессор продолжают работать. Для реализации этих возможностей в блок был добавлен модуль дежурного питания, который постоянно, даже при «выключенном» компьютере (но будучи включенным в сеть), подает на материнскую плату напряжение 5 вольт. Таким образом, материнская плата стандарта ATX постоянно находится под напряжением и «ждет» нажатия подключенной к ней кнопки POWER. При срабатывании данной кнопки на материнской плате запускается специальный генератор, подающий сигнал на линию PS-ON блока питания. При этом в блоке питания производится внутренний тест, в ходе которого происходит проверка всех выходных напряжений, и в случае его успешного прохождения вырабатывается сигнал POWER-OK. При поступлении данного сигнала на материнскую плату происходит запуск процессора и следом всей системы. В блоки стандарта ATX также было добавлено питающее напряжение 3.3 вольта, нужда в котором появилась из-за постоянно растущих аппетитов CPU.

Во время становления стандарта ATX появилось такое явление, как дешевые китайские корпуса с блоками питания отвратительного качества. Такой корпус можно было купить за 20 долларов, в то время как вменяемый блок питания без корпуса стоил порядка 40 безусловных единиц. Схемы блоков питания таких корпусов были до предела упрощены, из них были выкинуты все возможные фильтры, а номиналы и стоимость остальных деталей сведены к минимуму, по принципу «лишь бы включался». Часто это были детали не только с заниженными номиналами, но и неизвестных производителей – о качестве таких радиоэлементов оставалось только догадываться. Естественно, подобная экономия приносила свои плоды и притом довольно быстро.

Нередко встречались блоки, в которых отсутствовала схема генерации сигнала POWER-OK, а на  соответствующий контакт было просто заведено 5 вольт.

Дополнительные модули 

Технология сниженного шума

Так как домашние компьютеры получали все большее распространение, проблема шума охлаждающих систем компьютера стала актуальна как никогда. Поэтому многие крупные производители начали устанавливать в свои блоки питания специальные блоки, которые регулировали частоту вращения вентилятора в зависимости от температуры внутри блока. Таким образом, в спокойном режиме работы, при низкой загрузке процессора снижалась температура активных элементов в блоке и вентилятор начинал крутиться медленнее, компьютер работал тихо.

 Название технологии Power Factor Correction можно перевести как «Коррекция фактора мощности». Данная система призвана снизить потребляемую блоком питания реактивную мощность. Что такое фактор мощности? Этот термин обозначает отношение активной (полезной) мощности к полной (полученной). Под полной мощностью в данном случае понимается сумма активной и реактивной мощностей. В процессе работы импульсный блок питания потребляет мощность короткими импульсами, при этом примерно треть мощности никак не используется, тем не менее, создавая нагрузку на сеть. Таким образом, фактор мощности составляет примерно 0.7, при идеальном равном единице. PFC стал активно использоваться производителями в начале 2000-х годов, когда с выходом процессоров Intel Pentium и стремительным  развитием графических чипов мощность среднестатистической домашней системы перевалила далеко за 300 ватт.

Несколько позже вышел SATA, и в БП начали появляться разъемы питания этого стандарта. Примерно во время перехода с платформы Socket 478 на LGA мы вновь увидели прибавку в кабельном ассортименте блоков питания: на этот раз потолстел сам ATX-коннектор. К основному разъему добавился дополнительный, на 4 контакта, содержащий линии 3.3, 12, 5 вольт и GND. Также были добавлены коннекторы 12 вольт для питания видеокарт. В современных игровых системах видеокарты – первые и основные потребители энергии. И мощности все растут…

Многие производители в погоне за снижением шумовых характеристик своих блоков избрали другой путь. Вместо стандартных вентиляторов в блоки начали устанавливать тихоходные вентили с большими лопастями. Так им образом, шум резко падал, а эффективность охлаждения оставалась на прежнем уровне.

Тепловыделение системы также оказало свое влияние на блоки питания. С ростом количества ватт, отдаваемых системой в воздух, наведение порядка в проводах внутри системы уже перестало быть пустой тратой времени – производители начали убирать провода в оплетку и заплетать их в аккуратные косички. Появилась концепция модульного БП, заключающаяся в том, что все коннекторы БП подключаются к нему в соответствующие разъемы на корпусе, а лишние «хвосты» можно отключить и убрать, чтобы не мешали циркуляции воздуха.

 В 2004-2005 годах развитие блоков питания пошло по пути моды и «гламура». В блоки питания стали устанавливать светодиодную подсветку, LCD-дисплеи с информацией о мощности, температуре и скорости вращения вентиляторов. Некоторые модели сейчас даже комплектуются отдельным модулем для 3.5”-слота, осуществляющим мониторинг напряжений по основным линиям питания.

Уже сейчас очевидно, что нарастание мощностей неизбежно. Киловаттным блоком сегодня уже никого не удивишь. В свете текущего пути развития процессоров в сторону многоядерности не за горами тот день, когда киловатный блок питания станет нормальным явлением, а ведь процессоры видеокарт тоже могут быть многоядерными…

 Контрольные вопросы

1. Когда появился первый блок питания?

2. Когда появился первый унифицированный блок питания?

3. Что такое стандарт ATX? 

4. Чем отличается активный PFC от пассивного?

Сравнительно недавно начали появляться блоки питания, не содержащие в себе каких-либо активных элементов охлаждения. Радиаторы силовых элементов в таких блоках выведены на заднюю панель и охлаждаются «забортным» воздухом вне компьютера. Большинство таких блоков имеют довольно маленькую мощность, ведь рассеивать большое количество энергии при пассивном охлаждении весьма сложно. При этом цена на такие БП весьма высока – заметно выше дорогих и мощных блоков, имеющих классическую систему охлаждения.

Но время шло, и аппетиты компьютерного железа неуклонно росли, простого увеличения мощности питальников стало недостаточно. Примерно во время выхода Intel Pentium 4 (конец 2000 года) на материнских платах формата АТХ появились дополнительные разъемы, установленные, как правило, недалеко от процессора. В новых блоках питания, продававшихся в то время, появился дополнительный четырехпиновый коннектор на 12 вольт, а на маркировке блоков – гордая надпись «P4 ready!». Дело в том, что той мощности, которую способен дать ATX-коннектор стало не хватать, ведь потребление процессоров резко подскочило, поэтому пришлось добавлять к стандарту такой вот костыль. Скорее всего, причиной этого также стало довольно сильное удаление разъема АТХ от модуля питания материнской платы, и дабы не было проблем с проводниками на печатной плате, разъем поставили почти у самого процессора.

Расширенный АТХ

Примерно во время появления формата ATX в хороших фирменных блоках питания стали появляться и различные дополнительные модули, перечислим основные.

Примерно в то время и появилась методика проверки качества БП «на глазок» по его весу. Китайская экономия сразу бросалась в глаза за счет практически отсутствующих радиаторов, дросселей и фильтров, что здорово снижало вес блока, в то время как качественный экземпляр был (и остается) весьма увесист. Китайские подельщики также были замечены за банальным мошенничеством, некоторые дельцы по бросовым ценам закупали партии устаревших маломощных блоков питания и… просто меняли наклейки на корпусах. Так, словно по мановению волшебной палочки, 150-200-ваттные блоки превращались в БП мощностью 235, 250 а иногда и все 300 Вт.

 Схемотехника первых БП была весьма близка к современной. Помимо стандартных молексов, они имели разбитую на две части колодку, предназначенную для подключения БП к материнской плате. В 1995-1996 годах обе части колодки были полностью одинаковые. Естественно, пользователи часто путали колодки местами, в результате чего сжигали материнскую плату, при этом сжигание проходило порой весьма зрелищно, с огнем, дымом и спецэффектами. Первые модификации имели мощность порядка 75 – 150 ватт. 

Первый стандарт

Охлаждение

Power Factor Correction

/* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Обычная таблица"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-para-margin:0cm; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-fareast-font-family:"Times New Roman"; mso-fareast-theme-font:minor-fareast; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:"Times New Roman"; mso-bidi-theme-font:minor-bidi;} Такие блоки работали около полугода, после чего сгорали, унося с собой в могилу большую часть компьютера. Это происходило из-за установки недостаточно мощных силовых элементов, которые в силу экономии на радиаторах были вынуждены работать в предельных режимах, быстро изнашивались и выходили из строя. Остальная начинка компьютера гибла в связи с отсутствием какой-либо защиты.  

Предки