Стандарты БЛОКОВ ПИТАНИЯ 

Для персональных компьютеров за всю их историю было разработано по крайней мере шесть различных стандартных блоков питания. В последнее время промышленность по установившейся практике выпускает блоки питания на базе ATX. ATX – промышленная спецификация, устанавливающая такие требования к блокам питания, чтобы они подходили к стандартному корпусу ATX, а их электрические характеристики обеспечивали бы функционирование материнской платы ATX. 

В кабелях питания персонального компьютера используются стандартизированные разъемы с ключами, предотвращающими неправильное включение. К тому же производители вентиляторов охлаждения часто снабжают свои изделия такими же разъемами, как у кабелей питания дисководов, чтобы при необходимости их можно было легко подключить к питанию 12 вольт. Благодаря проводке с цветовым кодированием и разъемам, соответствующим промышленным стандартам, пользователю предоставляется широкий выбор при замене блока питания. 

 Стандарт АТ

Стандарт АТ первым использовался в компьютерных блоках питания. Он появился на свет одновременно с первыми IBM-совместимыми компьютерами и применялся вплоть до 1995 года.

Блок питания стандарта AT обеспечивал компьютер четырьмя постоянными напряжениями - +5, + 12, -5 и -12 В. Однако по мере развития процессоров и всевозможной периферии, во-первых, росла общая потребляемая компьютером мощность, во-вторых, все больше сказывалось отсутствие в АТ-блоках напряжения +3,3 В, которое приходилось получать непосредственно на системной плате отдельным стабилизатором. Кроме того, формат корпусов AT был не очень удобен для сборки компьютеров и не оптимизирован с точки зрения охлаждения. 

В блоках питания стандарта AT выключатель питания находится в силовой цепи и обычно выводится на переднюю панель корпуса отдельным проводом. Как следствие, автоматическое включение и выключение компьютера невозможно.

Блок питания стандарта AT подключается к материнской плате двумя одинаковыми шестиконтактными разъёмами, включающимися в один 12-контактный разъём на материнской плате. К разъёмам от блока питания идут разноцветные провода, и правильным считается подключение, когда контакты разъёмов с чёрными проводами сходятся в центре разъёма материнской платы.

Все это привело к разработке компанией Intel в 1995 г. формата АТХ - нового типа корпусов и блоков питания. 
 

   Стандарт  ATX

В блоке питания АТХ количество выходных напряжения увеличилось: добавились напряжения +3,3 и +5 В SB (Stand-By). Последнее было введено для реализации таких функций, как "пробуждение" компьютера по сигналу из локальной сети, от модема, по нажатию клавиши на клавиатуре или мыши, а также для реализации "дремлющего" режима S3 Suspend-to-RAM, в котором все текущие данные хранятся в оперативной памяти даже при выключенном компьютере. Очевидно, что напряжение +5 В SB должно присутствовать вне зависимости от того, включен или выключен компьютер (если, конечно, он физически не отключен от розетки), поэтому его стабилизатор - это практически отдельный миниатюрный маломощный блок питания, функционирующий непрерывно. Если в формате AT кнопка включения компьютера снимала с блока питания напряжение 220 В, то в АТХ кнопка включения лишь дает на блок питания команду остановить ШИМ-контроллер основного стабилизатора, но сам блок при этом остается подключенным к сети, и в нем продолжает работать стабилизатор дежурного режима +5 В SB. Для того чтобы отключить блок полностью, требуется либо воспользоваться имеющейся на многих моделях клавишей на задней стенке блока, либо физически отключить его от сети 220 В. 

Постепенно в стандарт АТХ вносились изменения, но до определенного момента они не оказывали существенного влияния на блок питания. Новой тенденцией, приведшей к заметному с точки зрения пользователя изменению БП, был переход на 12-В питание стабилизатора процессора. 

АТХ12V

До выпуска компанией Intel процессора Pentium 4 со значительной потребляемой мощностью обычным решением было питание стабилизатора процессора от +5-В шины. Очевидно, что для процессора с потребляемой мощностью, скажем, 50 Вт даже без учета потерь на расположенном на системной плате стабилизаторе (а это еще как минимум 10%) ток при питании от упомянутой шины составит 10 А, что весьма немало. Такие токи, во-первых, осложняют размещение компонентов на системной плате, ибо крупный разъем питания АТХ зачастую трудно расположить в удобном для разработчика печатной платы месте (как можно ближе к стабилизатору питания процессора), а во-вторых, недостаточно плотный контакт в разъеме питания системной платы вызывал перегрев контактов и разъема с дальнейшим ухудшением контакта и более чем вероятными сбоями системы. Выходом из этой ситуации стал переход на питание стабилизатора ЦП от +12-В шины. Известно, что если напряжение в 2,4 раза больше, то ток при той же потребляемой мощности будет в 2,4 раза меньше, а, кроме того, установленный на плате стабилизатор, как и любой преобразователь постоянного тока, увеличивает свой КПД с ростом входного напряжения. Однако возникла другая проблема: поскольку до последнего времени серьезных потребителей +12 В на системной плате не было, то в разъеме ее питания был предусмотрен всего один провод для этого напряжения, что могло привести к перегреву и обгоранию контактов из-за чрезмерно большого тока через них. Эта проблема была решена добавлением еще одного разъема питания системной платы - маленького четырех контактного ATX12V, который не только добавил два дополнительных провода +12 В, но и благодаря своим скромным размерам позволил размещать его рядом со стабилизаторами питания процессора, серьезно упростив работу разработчикам печатных плат. Таким образом, летом 2000 г. компания Intel выпустила инженерное дополнение к стандарту АТХ 2.03, названное "ATX12V". Помимо вышеупомянутого разъема, в нем были ужесточены требования к блоку питания: при той же суммарной выходной мощности, что и раньше, блок должен был обеспечивать большие токи по шинам +12 и +3,3 В. Более того, устанавливалась нижняя граница максимального тока по шине +12 В - 10 А вне зависимости от суммарной мощности БП; блок, не обеспечивающий такого тока, не может считаться соответствующим стандарту ATX12V. 

Так как физически новые блоки отличались от старых лишь дополнительным разъемом, то в продаже в большом количестве появились различные переходники для адаптации АТХ-блоков питания к стандарту ATX12V. Разумеется, в связи с возросшими требованиями к нагрузочным токам для мощных систем такая адаптация была некорректна, но у систем со сравнительно небольшим энергопотреблением никаких проблем не возникало. 

Следующее заметное изменение принесла версия 1.2 все того же стандарта ATX12V. Напряжение -5 В, до этого момента обязательное для всех блоков питания, практически уже не использовалось: оно подавалось только на системную плату и разъемы ISA, которые уже канули в Лету. Даже в более старых компьютерах, где еще использовались ISA-платы, это напряжение, как правило, не требовалось. В связи с этим в стандарте ATX12V 1.2 напряжение -5 В стало необязательным, и вскоре на рынке появились БП, у которых в разъеме питания системной платы отсутствовал соответствующий провод. 

Тем временем наметилась новая тенденция: если раньше потребление по шине +3,3 В росло, то теперь оно, напротив, стало падать, ибо все больше производителей стали использовать на своих платах отдельные стабилизаторы, питающиеся от +5 или чаще +12 В и формирующие необходимые для платы напряжения. Более того, современные графические платы питаются уже не от AGP, а от отдельного разъема питания, на который просто не заводится напряжение +3,3 В. Соответственно, требования к этому напряжению падают, а к нагрузочной способности по шине +12 В, наоборот, увеличиваются, особенно учитывая постоянно растущее энергопотребление процессоров. 

ATX12V 2.0

Для удовлетворения вышеописанных требований был разработан стандарт ATX12V, версия 2.0 (не путать со стандартом АТХ 2.0; ATX12V 2.0 соответствует версии 2.2 стандарта АТХ). Это не просто косметические улучшения БП: изменения довольно серьезны, и старые блоки питания, хотя и будут частично совместимы с системными платами стандарта ATX12V 2.0, во многих случаях придется заменить. 

Основное отличие нового стандарта в том, что теперь в блоке питания предусмотрены сразу две шины +12 В. Связано это с тем, что увеличить нагрузочный ток по одной шине выше 20 А нельзя - по требованиям стандартов безопасности мощность цепей, к которым есть открытый доступ для оператора, не должна превышать 240 В-А (12 Вх20 А). При этом заметно уменьшились максимальные нагрузочные токи по шинам +3,3 и +5 В (до полутора раз по сравнению с блоками ATX12V 1.1 той же мощности). 
Претерпел изменения и разъем питания системной платы. Если раньше это был 20-контактный разъем Molex 39-01-2200, то теперь он заменен на 24-контактный Molex 39-01-2240 - добавилось по одному контакту +12, +3,3, +5 В и "земля". Легко заметить, что двадцать крайних контактов у обоих разъемов совершенно одинаковы, поэтому блок питания ATX12V 2.0 можно использовать в паре с ATX12V 1.1-платой (если сбоку от ее разъема питания есть свободное место для четырех "лишних" контактов разъема) и наоборот, однако в последнем случае надо учитывать, что с мощной системой ATX12V 2.0 с большим энергопотреблением блок питания, соответствующий старому стандарту, может не справиться. 

Привычный четырех контактный разъем ATX12V, предназначенный для питания стабилизатора процессора, в новом стандарте не изменился, но теперь на него подается напряжение +12 В с другого источника, так что процессор имеет свое собственное питание, до некоторой степени независимое от питания системной платы и различной периферии, что должно положительно сказаться на качестве питающих напряжений. 

Также из нового стандарта полностью исчезло напряжение -5 В: оно не предусмотрено даже как необязательное. Вместе с ним исчез и появившийся несколькими годами раньше в стандарте АТХ 2.01 разъем AUX для дополнительной подпитки системной платы (на него выводились напряжения +5 и +3,3 В, а сам разъем напоминал разъемы питания системных плат форм-фактора AT); несмотря на рекомендацию использовать его в системах с большим энергопотреблением, на практике системные платы с таким разъемом практически не выпускались. Кроме того, разъемы питания Serial ATA-винчестеров теперь стали обязательны, впрочем, последние модели блоков питания ATX12V 1.1 уже выпускались с ними. 

Также стоит отметить появление в стандарте рекомендаций по максимальным нагрузочным токам для БП мощностью 350 и 400 Вт - до этого регламентировались токи для блоков питания до 300 Вт включительно, что оставляло производителям более мощных БП больший простор для выбора характеристик, а это, в свою очередь, приводило к тому, что блоки большой мощности сильно различались между собой по возможностям, а некоторые не во всем превосходили даже стандартный 300 Вт блок питания. 

Стандарт EPS12V

Вообще говоря, EPS12V - это стандарт для серверов начального уровня. Достаточно часто встречаются в продаже соответствующие ему блоки питания мощностью 400-500 Вт, которые представляют определенный интерес и для владельцев мощных систем стандарта АТХ. 

Физически блоки стандарта EPS12V по габаритам и расположению крепежных отверстий совместимы с блоками АТХ, так что ничто не препятствует их установке в обычный АТХ-корпус. Разъем питания системной платы стандарта EPS12V аналогичен таковому в ATX12V 2.0-платах, причем не только физически (это 24-контактный разъем такого же типа), но и по разводке контактов; таким образом, к ЕР512V-блоку питания можно без проблем подключать системные платы ATX12V 2.0 и при наличии физической возможности подключить более крупный разъем также и платы ATX12V 1.1 (при отсутствии такой возможности следует использовать переходник). Разъем питания процессоров у EPS12V собственный, восьми контактный. Однако четыре крайних контакта в точности совпадают с разъемом ATX12V, поэтому его также можно напрямую подключить к обычной ATX12V системной плате, если сбоку от установленного на ней разъема есть свободное место, либо же, если места нет, воспользоваться переходником. 

Важно, что блоки EPS12V бывают как с одним источником + 12 В, так и с двумя, аналогично ATX12V 2.0. В последнем случае подключать на системной плате ATX12V 1.1 второй источник +12 В блока питания (он выведен на 8-контактный разъем питания процессора) можно, только будучи уверенным, что шины питания процессора и шина +12 В с разъема питания самой системной платы полностью разделены; в противном случае системная плата может выйти из строя. С системными платами стандарта ATX12V 2.0 такой проблемы возникнуть не может - у них шины разделены по определению, ибо используются два раздельных источника питания. 

Компактные блоки питания

Еcли на протяжении эволюции стандартов полноразмерных корпусов, AT, ATX, BTX, в соответствующих им блоках питания менялось только содержимое, а не внешний вид, и любой блок формфактора AT выпуска десятилетней давности по габаритам и расположению крепежных отверстий подойдет к новейшему ATX- или BTX-корпусу, то в области блоков питания для компактных корпусов ситуация складывается прямо противоположная. Электрические параметры и разъемы для подключения питаемых устройств эти блоки наследуют от своих полноразмерных собратьев (за тем лишь исключением, что мощность компактных блоков обычно меньше), однако стремление в каждом случае разместить блок питания в корпусе так, чтобы свести к минимуму занимаемое им место и соответственно общие размеры корпуса, привело к появлению уже восьми различных стандартных типов корпусов для компактных блоков питания, каждый из которых лучше удовлетворяет требованиям каких-либо конкретных систем. Привычный большинству пользователей полноразмерный блок питания ATX, самый крупный (см. таблицу в конце странички), имеет форму обычного прямоугольного параллелепипеда и может оснащаться одним или двумя вентиляторами размером от 80 до 120 мм.

Стандарт SFX (S — Small, маленький), самый старый стандарт на компактные блоки питания, описывает пять различных вариантов исполнения. Во-первых, это два низкопрофильных блока, шириной 100 и высотой 50 и 63,5 мм. Названия этим моделям даны не по их габаритам, а по размерам устанавливаемых в них вентиляторов — 40# и 60#мм соответственно. Такие вентиляторы обеспечивают достаточно слабый воздушный поток, способный охладить лишь сам блок питания, поэтому в компьютерах, где на блок питания возлагается еще и задача охлаждения всего системного блока, рекомендуется использовать два следующих варианта, с 80 мм вентиляторами, расположенными на верхней крышке. Высота торцевой стенки обоих блоков составляет 63,5 мм, однако вентилятор выступает за пределы крышки еще на 17,1 мм, поэтому максимальная высота блока — чуть больше 8 см. Эти два формфактора различаются лишь тем, что у первого ширина 100 мм, а глубина 125 мм, в то время как у второго — наоборот. Последний вариант блока стандарта SFX — так называемый PS3. Это укороченная на несколько сантиметров версия полноразмерного ATX-блока. Блоки PS3 весьма часто встречаются в microATX-корпусах.

Стандарт TFX (T — Thin, тонкий), описывает только один вариант исполнения блока питания, в тонком, но очень длинном (175 мм) корпусе. Блок оснащен мощным 80 мм вентилятором и поэтому может использоваться для охлаждения всей системы. При этом в отличие от SFX-блоков с таким же вентилятором последний не выступает за пределы крышки, благодаря чему TFX сочетает достоинства низкопрофильных SFX и SFX с мощным вентилятором.

Стандарты CFX (C — Compact) и LFX (L — Lowprofile), разработаны совсем недавно специально для BTX-систем. Блоки питания формфактора CFX предназначены для компактных систем с объемом корпуса 10–15 л (это меньше, чем у многих современных microATX-корпусов), один из таких блоков показан на рис. 8. CFX-блок — это дальнейшее развитие PS3-варианта SFX: у него еще немного уменьшена глубина, а корпусу придана Г-образная форма. В собранной системе такой блок будет нависать над системной платой, что позволяет уменьшить ширину корпуса компьютера на несколько сантиметров. Блоки питания формфактора LFX — самые маленькие на сегодня и предназначены для сверхкомпактных BTX-систем с общим объемом корпуса 6–9 л. Ширина и высота этих блоков меньше, чем у TFX (конечно, за это пришлось поплатиться размером вентилятора, размещаемого на боковой стенке блока — он не может быть больше 70 мм). При этом длина блока увеличилась до 210 мм, но отчасти это компенсируется тем, что на последних 58 мм высота блока уменьшается с 72 до 46 мм. Кроме того, такая длина является максимально допустимой, если же позволяют технологические возможности, то производитель имеет право укоротить LFX вплоть до 152 мм.

       Формфакторы блоков питания

Вопросы по теме:

1. Какие стандарты блоков питания существуют?

2. Какой стандарт БП был самым первым?

3. Чем отличаются стандарт ATX от AT?

4. Какой стандарт БП используется для серверов начального уровня?

5. Какие формфакторы БП существуют?

6. Что повлияло на создание новых стандартов БП?