www.cavr.ru

cxema.org — Блок нагрузок для проверки комп. БП

Блок нагрузок для проверки комп. БП

Так как в тренде сейчас максимальное удешевление при производстве – то некачественный товар быстро доходит до дверей ремонтника. При покупки компьютера (особенно первого) – многие выбирают корпус «самый красивый из дешёвых» со встроенным БП – а многие даже не знают, что там есть такое устройство. Этот «скрытый девайс» на котором очень хорошо экономят продавцы. Но платить за проблемы будет покупатель.

О главном

Сегодня мы затронем тему ремонта компьютерных блоков питания, а точнее их первичной диагностики.Если есть проблемный или подозрительный БП – то диагностику желательно проводить отдельно от компьютера (на всякий случай). И поможет нам в этом вот такой агрегат:

Блок состоит из нагрузок на линиях +3.3, +5, +12, +5vSB (дежурное питание). Он нужен для имитирования компьютерной нагрузки и измерения выходных напряжений. Так как без нагрузки БП может показать нормальные результаты – а в нагрузке могут проявляться многие проблемы.

Подготовительная теория

Грузить будем чем попало (что найдете в хозяйстве) – мощные резисторы и лампы.

У меня валялись 2 автомобильные лампы 12V 55W/50W – две спирали (дальний/ближний свет). Одна спираль испорчена – будем использовать вторую. Покупать их не нужно – спросите у знакомых автомобилистов.

Конечно лампы накаливания имеют очень низкое сопротивление в холодном состоянии – и при запуске будут создавать большую нагрузку на короткое время – а это могут не выдержать дешевые китайцы – и не стартовать. Но плюс ламп — это доступность. Если достану мощные резисторы – поставлю вместо ламп.

Резисторы можно искать в старых приборах (ламповые телевизоры, радиолы) с сопротивлением(1-15 Ом).

Можно также использовать нихромовую спираль. Мультиметром подбираем длину с нужным сопротивлением.

Загружать будем не по полной а то 450W в воздух получится обогреватель. А ватт на 150 будет нормально. Если практика покажет что нужно больше – добавим. Кстати это примерное потребление офисного ПК. А лишние ваты рассчитаны по линиям +3.3 и +5 вольт – которые мало используются – примерно по 5 ампер. А на этикетке жирно написано по 30А –а это 200ватт которые ПК не может использовать. А по линии +12 часто не хватает.

Для нагрузки у меня в наличии:

— 3шт резисторы 8.2ом 7,5w

— 3шт резисторы 5.1ом 7,5w

— резистор 8.2ом 5w

— лампы 12в: 55w, 55w, 45w, 21w

Для расчётов будем использовать формулы в очень удобном виде (у меня висит на стене – всем рекомендую)

Итак выбираем нагрузку:

— линия +3.3В – используется в основном для питания оперативной памяти – примерно 5ватт на планку. Будем грузить на ~10ватт. Вычисляем нужное сопротивление резистора

R=V²/P=3.3²/10=1.1 Ом  таких у нас нет, минимальный 5.1ом. Вычисляем сколько он будет потреблять P=V²/R=3.3²/5.1=2.1W–мало, можно поставить 3 параллельно – но получим всего 6W на троих–не самое удачное использование таких мощных резисторов (на 25%) – да и место займут большое. Я пока не ставлю ничего – буду искать на 1-2 Ома.

— линия +5В–мало используется в наши дни. Смотрел тесты – в среднем кушает 5А.

Будем грузить на ~20ватт. R=V²/P=5²/20=1.25 Ом  — тоже малое сопротивление, НО у нас уже 5 вольт – да еще и в квадрате – получим намного большую нагрузку на те же 5-ти омные резисторы. P=V²/R=5²/5.1=4.9W – поставим 3 и будет у нас15W. Можно добавить 2-3 на 8ом (будут потреблять по 3W), а можно и так оставить.

— линия +12В – самая востребованная. Тут и процессор, и видеокарта, и некоторые малоежки (кулеры, накопители, ДВД).

Будем грузить на целых 155ватт. Но раздельно: 55 на разъём питания материнской платы, и 55 (+45 через переключатель) на разъём питания процессора.Будем использовать автомобильные лампы.

— линия +5VSB – дежурное питание.

Будем грузить на ~5ватт. Есть резистор 8.2ом 5w, пробуем его.

Вычисляем мощностьP=V²/R=5²/8.2=3Wну и хватит.

— линия -12В – тут подключим вентилятор.

Фишки

Еще в корпус добавим малогабаритную лампу 220В 60W в разрыв сети 220В. При ремонте часто используется для выявления КЗ (после замены каких-то деталей).

Собираем девайс

По иронии судьбы – корпус будем использовать тоже от компьютерного БП (нерабочего).

Гнёзда для разъёма питания материнки и процессора выпаиваем с неисправной материнки. К ним припаиваем кабеля. Цвета желательно выбрать как на разъёмы от БП.

Готовим резисторы, лампы, лед-индикаторы, переключатели и разъём для измерений.

Подключаем все по схеме .. точнее по VIP-схеме 🙂

Крутим, сверлим, паяем – и готово:

По виду должно быть все понятно.

Бонус

Изначально не планировал, но для удобства решил добавить и вольтметр. Это сделает прибор более автономным – хотя при ремонте мультиметр все равно где-то рядом лежит. Смотрел на дешевые 2-ух проводные (которые питаются от измеряемого напряжения) – 3-30 В – как раз нужный диапазон. Просто подключив к разъёму для измерений. Но у меня был 4,5-30 В и я решил поставитьуже 3-х проводной0-100 В – и питать его от зарядки мобильного телефона (тоже в корпус добавил). Так он будет независим и покажет напряжения от нуля.

Этот вольтметр также можно использовать для измерения внешних источников  (батарейку или еще чего …)– подключив к измерительному разъёму (если мультиметр где-то пропал).

Фейс-контроль

Пару слов о переключателях.

S1– выбираем способ подключения: через лампу 220В (Выкл) или напрямую (Вкл). При первом запуске и после каждой пайки – проверяем через лампу.

S2 – подается питание 220В на БП. Должно заработать дежурное питание и загореться LED +5VSB.

S3 – замыкается PS-ON на землю, должен запустится БП.

S4 – добавка 50W на линии процессора. (50 там уже есть, будет 100W нагрузки)

SW1 – Переключателем выбираем линию питания и проверяем по очереди если все напряжения в норме.

Так как измерения у нас показывает встроенный вольтметр,то в разъёмы можно подключить осциллограф для более глубокого анализа.

Кстати

Пару месяцев назад купил около 25 БП (у закрывающиеся конторы по ремонту ПК). Половина рабочие, 250-450 ватт. Покупал как подопытных кроликов для изучения и попытки ремонта. Блок нагрузки как раз для них.

Вот и всё. Надеюсь было интересно и полезно. Я пошел тестировать свои БП и вам желаю удачи !

Автор — Русу Владислав

• < Назад
• Вперёд >

vip-cxema.org

БП компьютера – блок-нагрузка для проверки

Проверять неисправный БП компьютера, подключая его к исправному системному блоку чревато выходом материнской платы и другого оборудования из строя. Ведь неизвестно, какие напряжения выдает БП, и если они завышены, то последствия могут быть серьезные, вплоть до выхода из стоя материнской платы. Поэтому проверять и ремонтировать БП безопаснее и удобнее, подключая его к Блоку нагрузок. Блок нагрузок не сложно сделать самостоятельно и это целесообразно, если приходится периодически сталкиваться c необходимостью проверки блоков питания компьютеров.

Электрическая схема Блока нагрузок

Приведенная схема Блока нагрузок и индикации наличия напряжений, не смотря на свою простоту, позволяет даже без измерительных приборов, с помощью этого простейшего испытательного стенда моментально оценить работоспособность любого БП компьютера, даже не извлекая его из системного блока.

Для полноценной проверки БП компьютера, достаточно нагрузить его на 10% от максимальной мощности. Исходя из этих требований и выбраны номиналы нагрузочных резисторов стенда R1-R5 по шинам +3,3 В, +5 В и +12 В соответственно. Резисторы R6-R12 служат для ограничения тока через светодиоды для индикации наличия напряжений VD1-VD7. Выключатель S1 эмитирует ключевой транзистор на материнской плате включения блока питания, как будто нажимается кнопка на системном блоке «Пуск». Переключатель служит для коммутации шин питающих напряжений к розетке, предназначенной для подключения измерительных приборов – вольтметра и осциллографа.

О цветовой маркировке проводов БП для подключения компьютера Вы можете узнать из статьи «Цветовая маркировка проводов».

Конструкция Блока нагрузок и индикации напряжений

Все детали Блока нагрузок собраны в корпусе блока питания от компьютера, отслуживший свой срок.

На одной из сторон установлены светодиоды, выключатель S1, розетка для подключения измерительных приборов и переключатель для коммутации.

На противоположной стороне стенда, на месте, где подключался шнур питания, закреплена печатная плата с двумя разными разъемами для возможности подключения любых моделей блоков питания. Плата вместе с разъемами выпилена из неисправной материнской платы. Снизу прикручены четыре ножки, которые улучшают отвод тепла и не дают винтам царапать поверхность стола.

Монтаж элементов стенда выполнен навесным способом. Резистор R5 мощностью 50 Вт закреплен на уголке, который привинчен к дну корпуса. Остальные мощные резисторы привинчены к алюминиевой пластине. Пластина закреплена к дну винтами на стойках. Светодиоды вклеены в отверстия корпуса клеем Момент, на их ножки напаяны токоограничительные резисторы. Так как при подключении источника питания, на нагрузочных резисторах выделяется много тепла, то в корпусе стенда оставлен родной кулер, который заодно выполняет функцию нагрузки по цепи -12 В. Резисторы R1-R5 применены переменные проволочные типа ППБ.

Проволочные переменные резисторы ППБ можно с успехом заменить постоянными типа ПЭВ, С5-35, С5-37, подключив их, как показано на схеме, подойдут и автомобильные лампочки, подобранные по мощности. Можно резисторы намотать и самостоятельно из нихромовой проволоки. Светодиоды можно применить любого типа. Для индикации напряжений положительной и отрицательной полярности лучше применить светодиоды разного цвета свечения. Для положительной полярности – красного, а для отрицательной – зеленого цвета.

Проверка БП компьютера

Проверку Блока питания компьютера проводить просто, достаточно подключить разъем блока к разъему Блока нагрузок и подать штатным шнуром на блок питания 220 В.

Когда выключатель S1 находится в разомкнутом положении, то должен светиться только один светодиод +5 B_SB. Это говорит о том, что схема формирования дежурного напряжения +5 В SB в Блоке питания работает и источник готов к запуску. После включения S1 сразу же должен заработать кулер и засветиться все светодиоды, кроме светодиода VD5, Power Good. Он должен засветиться с задержкой 0,1-0,5 секунд. Это время задержки подачи питающих напряжений на материнскую плату на время переходных процессов в Блоке питания при запуске. Отсутствие задержки может вывести материнскую плату из строя из-за подачи на нее ненормированных напряжений.

Если происходит так, как я описал, то Блок питания исправен. При размыкании S1 все светодиоды должны погаснуть, кроме, VD4 (+5 B SB). Напряжение -5 В в последних моделях Блоков питания компьютеров отсутствует и светодиод может не светиться. В Блоках питания последних моделей может также отсутствовать напряжение -12 В.

Для более детальной проверки Блока питания компьютера, необходимо подсоединить к разъему на лицевой стороне стенда-тестера вольтметр постоянного тока, мультиметр или стрелочный тестер, включенный в режим измерения постоянного напряжения и осциллограф. Устанавливая переключатель на стенде в нужные положения, проверяются все напряжения, а с помощью осциллографа измеряется размах пульсаций. Как видите, практически за минуту с помощью сделанного своими руками нагрузочного стенда, можно проверить любой Блок питания компьютера даже без приборов, не подвергая риску материнскую плату.

Отклонение питающих напряжений от номинальных значений и размах пульсаций не должны превышать значений, приведенных в таблице.

Напряжение +5 В SB (Stand-by) – вырабатывает встроенный в БП самостоятельный маломощный источник питания выполненный на одном полевом транзисторе и трансформаторе. Это напряжение обеспечивает работу компьютера в дежурном режиме и служит только для запуска БП. Когда компьютер работает, то наличие или отсутствие напряжения +5 В SB роли не играет. Благодаря +5 В SB компьютер можно запустить нажатием кнопки «Пуск» на системном блоке или дистанционно, например, с Блока бесперебойного питания в случае продолжительного отсутствия питающего напряжения 220 В.

Напряжение +5 В PG (Power Good) – появляется на сером проводе БП через 0,1-0,5 секунд в случае его исправности после самотестирования и служит разрешающим сигналом для работы материнской платы.

При измерении напряжений «минусовой» конец щупа подсоединяется к черному проводу (общему), а «плюсовой» – к контактам в разъеме. Можно проводить измерения выходных напряжений непосредственно в работающем компьютере.

ydoma.info

Методика тестирования блоков питания стандарта ATX — Лаборатория

Современные блоки питания, в общем, и для компьютера в частности, представляют собой довольно сложные устройства. Основных только электрических характеристик больше десятка, а есть еще шумовые, тепловые, массогабаритные. Все блоки питания стандарта АТХ являются импульсными преобразователями с различными вариациями схемных решений, но с единым принципом работы. Без специального оборудования, в виде управляемых нагрузок, осциллографа и некоторых других устройств невозможно протестировать соответствие стандарту характеристик, указанных на наклейке и в паспорте блока питания. Самый простой вопрос «Хватит ли блока питания ХХХ для работы компьютера УУУ?» на самом деле вовсе не так прост. Для ответа на поставленный вопрос необходимо ознакомиться с разнообразными характеристиками существующих блоков питания и типичным потреблением компьютерного железа.

Все основные характеристики и требования в той или иной степени описаны в документах, известных как ATX12V Power Supply Design Guide Version 2.2, SSI EPS12V Power Supply Design Guide Version 2.91 и аналогичных. Эта документация предназначается производителям блоков питания для обеспечения совместимости их аппаратуры с общепринятым стандартом ATX. Сюда входят геометрические, механические и, конечно же, электрические характеристики устройств. Вся документация доступна в открытом виде в сети Internet (ATX12V PSDG/SSI EPS PSDG). Приведем основные темы, описанные в этой документации. Начать стоит с наиболее важной величины, которая указывается на каждом блоке питания доступном в розничной продаже.

• Допустимая мощность нагрузки

Каждый блок питания имеет несколько выходных каналов с различным напряжением и рассчитан на определенную долговременную мощность по каждому из них. Современный стандарт предписывает наличие каналов с напряжением +5В, +12В, +3.3В, -12В и дежурное напряжение +5В. Общая мощность обычно обозначена в ваттах на наклейке (по-английски звучит как Total Power). Эта величина представляет собой сумму всех мощностей по каждому из каналов и легко подсчитывается суммированием произведения токов на соответствующие напряжения. К примеру, у нас имеется блок питания с мощностью 500 ватт, с указанными допустимыми токами: +3.3В 30А, +5В 30А, +12В 40А, -12В 0.8А, +5Вд 2.5А. Перемножив и просуммировав, получаем итоговую цифру (250+480+9.6+12.5) = 752.1 Вт. Почему же на наклейке указано 500Вт? Дело в том, что существует взаимная зависимость каналов их совместной максимальной мощности. На наклейке указано, что максимальная мощность по каналам +3.3В и +5В не может превышать 152 Вт в любом случае, а общая суммарная мощность каналов +12В и +3.3 & 5В не должна превысить 480 Вт. То есть, мы можем нагрузить блок на полную мощность по +12В, оставив без нагрузки низковольтные каналы, либо при полной мощности каналов +3.3 и +5В (152 Вт в нашем случае), можем использовать только 328 Вт по +12В. Поэтому при подсчетах нужно быть внимательным и всегда обращать внимание на допустимую комбинацию нагрузки по каждой линии. Обычно это указано на наклейке, в виде общей ячейки с единой величиной мощности для нескольких каналов.

С учетом этого фактора новый пересчет мощности будет выглядеть так: 152+328+9.6+12.5=502.1 Вт, либо 0+480+9.6+12.5=502.1 Вт, либо любая из допустимых вариаций между этими двумя крайними значениями распределения мощностей по каналам. Исходя из этого, возникает вопрос – а как же тестировать блок: на полной нагрузке по низковольтным каналам, либо на максимальной мощности канала +12В? А может на каком-то промежуточном значении? Рассмотрим этот момент в дальнейшем подробнее.

Также не стоит путать параметры максимальной долговременной мощности и пиковой мощности (Total Peak Power), допустимой на небольшой период времени (17 секунд согласно ATX 2.2 и 12 секунд по EPS 2.91). К примеру, блок питания с номинальной мощностью 500Вт может выдать в пике до 530 Вт, но для блока питания постоянно работать с превышением номинальной мощности нежелательно, ведь запас прочности компонентов может оказаться не очень большим, и жарким летом случится неприятный фейерверк.

• Допустимый уровень отклонения напряжений

Эта характеристика является одним из основных и определяет допустимое отклонение каждого из напряжений. Удобнее и нагляднее будет представить эти величины как две таблицы, взятые из стандарта EPS 2.91:

Таблица 20 отражает максимально допустимый уровень отклонений, а таблица 21 – опциональный, с более жесткими рамками, актуальными для графических станций и серверов. Если отклонение по напряжению будет ниже 5-10% порога, вероятно появление сбоев в работе компьютера, либо спонтанные перезагрузки во время большой нагрузки на процессор или видеокарту. Слишком же высокое напряжение негативно сказывается на тепловом режиме работы преобразователей на материнской плате и платах расширения, а также способно вывести из строя чувствительные схемы винчестеров, либо вызвать их повышенный износ. В более лояльном ATX Power Supply Design Guide дополнительно для каналов с напряжением +12В регламентируется допустимое 10%-ное отклонение при пиковой нагрузке на эти каналы. При этом напряжение канала +12V2 (обычно используемого для питания процессора) не должно снизиться менее +11 В.

• Уровень пульсаций

Не менее важным является и минимально возможные выбросы (пульсации) напряжения на каждой из линий. Допустимые рамки описаны в стандарте как обязательные и выглядят так:

Источниками пульсаций обычно являются схемы преобразователей внутри самого блока питания, а также мощные потребители с импульсным характером потребления, такие как процессоры, видеокарты. Винчестеры и имеющийся в них блок магнитных головок во время частого перемещения также может создавать всплески помех, однако их величина мощности значительно меньше.

• Входное напряжение, эффективность и PFC

Блок питания обязан работать во всех допустимых режимах при следующих входных напряжениях:

Наличие напряжений, указанных в таблице ниже, не должно приводить к повреждению схем блока питания. Пропадание сетевого напряжения на любой период времени, в любой момент работы также не должно приводить к неисправности блока. При включении, ток зарядки высоковольтных конденсаторов не должен превышать номинальные значения входных цепей (предохранитель, выпрямительные диоды и схемы ограничения тока).

Существует миф, что более мощный блок питания потребляет больше мощности из розетки, по сравнению с маломощным дешевым собратом. На самом деле, часто в реальности имеет место обратная ситуация. Каждый блок имеет потери энергии при преобразовании сетевого напряжения в низковольтное постоянное, идущее к компонентам компьютера. КПД (эффективность) современного дешевого блока обычно колеблется около величины 65-70%, в то время как более дорогие модели могут обеспечивать эффективность работы до 85%. Например, подключив оба блока к нагрузке 200 Вт (примерно столько потребляет большинство компьютеров), мы получим потери 70 Вт в первом случае и лишь 30 Вт во втором. 40 ватт экономии при ежедневной работе компьютера по 5 часов в сутки и 30-дневном месяце помогут сэкономить 6 кВт на счете за электроэнергию. Конечно, это мизерная цифра для одного ПК, но если взять уже офис на 100 компьютеров, то цифра может оказаться заметной. Также стоит учесть, что эффективность преобразования различна при разной мощности нагрузки. А поскольку пик КПД приходится на 50-70% диапазон нагрузок, практического смысла в приобретении БП с двукратным и более запасом мощности нет.

Эффективность работы должна превышать 70% для полной нагрузки, и 65% для 20%-нагрузки. При этом рекомендуемая эффективность как минимум 75% или лучше. Существует добровольная система сертификации для производителей, известная как Plus 80. Все источники питания, участвующие в этой программе, имеют эффективность преобразования свыше 80%. На текущий момент список участников-производителей в инициативе Plus 80 включает более 60 наименований.

Также нельзя путать КПД блока питания с такой характеристикой как коэффициент мощности (Power Factor). Существует реактивная мощность и активная, и коэффициент мощности отражает отношение реактивной мощности к общей суммарной мощности потребления. Большинство блоков питания без каких-либо схем коррекции обладают 0.6-0.65 фактором мощности. Поэтому импульсные блоки питания в значительной степени создают реактивную мощность, и их потребление выглядит как мощные импульсы во время пиков синусоиды сетевого напряжения. Это создает помехи в электросети, которые могут повлиять на другие устройства, питаемые от той же электросети. Для устранения этой особенности применяются схемы с пассивной коррекцией фактора мощности (Passive PFC) и активной (Active PFC). Активный PFC эффективно справляется с этой задачей, по сути, являясь преобразователем между самим блоком питания и электросетью. Фактор мощности в блоках с использованием APFC легко достигает величины 0.97-0.99, что значит практически полное отсутствие реактивной составляющей в потреблении БП. Пассивная схема коррекции Power Factor представляет собой массивный дроссель, включенный последовательно сетевым проводам блока питания. Однако он значительно менее эффективен и на практике повышает фактор до 0.7-0.75. С точки зрения компьютера и потребителя разницы между блоком с APFC и блоком вообще без коррекции практически нет, использование первых выгодно компаниям электроснабжения.

• Сигнальные линии PSON и PWOK

PSON (Power Supply ON) – специальная сигнальная линия для включения\выключения блока питания логикой материнской платы. Когда этот сигнал не подключен к земле, блок питания должен оставаться в выключенном состоянии, за исключением канала +5В (дежурное). При логическом нуле (напряжение ниже 1 В) – логика включает блок питания. PWOK (Power OK) – сигнальная линия, по которой блок питания сообщает материнской плате, что все выходные линии находятся в нормальном состоянии и стабилизация осуществляется в заданных стандартом пределах. Время задержки появления сигнала при нормальной работе блока питания с момента подачи логического нуля по PSON – 900 мс.

Блок питания должен иметь схемы защиты, которые отключат основные выходы при нештатных ситуациях. Защита должна блокировать повторный запуск до повторного появления сигнала включения на проводе PSON. Защита от перегрузки по току (Over Current Protection, OCP) обязательна для линий +3.3, +5, +12, -12, +5 (дежурное), минимальный порог срабатывания – 110%, максимальный 150%. При перегрузке блок должен выключится и не включаться до появления сигнала включения, или до полного обесточивания сетевого напряжения. Защита от перенапряжения (Over Voltage Protection, OVP) также обязательна и должна отслеживаться внутри самого источника питания. Напряжение никогда не должно превышать указанные в таблице 29 в любой момент времени.

Защита от перегрева (Over Temperature Protection, OTP) блоков питания не является обязательной функцией, поэтому весьма важно соблюдать условия эксплуатаций источников питания в тесных корпусах, либо в местах с ухудшенной вентиляцией. Максимальная температура воздуха во время работы не должна превышать +50°С. Некоторые производители рассчитывают и указывают мощность блока питания при пониженной температуре +25, или даже +15°С, и попытка нагрузить указанной мощностью подобное изделие в жаркую погоду может привести к неприятному финалу. Это именно тот случай, когда примечание шестым пунктом снизу имеет значение. Если удается найти допустимый температурный диапазон для конкретной модели блока на тестах, мы указываем это явно в таблице с характеристиками.

Защита от короткого замыкания (Short Curcuit Protection, SCP) – является обязательной для всех блоков питания, проверяется кратковременным подключением силовой шины между каналами и землей блока питания.

• Немного о разделении +12В канала на несколько «виртуальных»

Набившее оскомину разделение каналов вызвано требованием стандарта безопасности EN60950, который предписывает ограничить ток на доступных пользователю контактах на уровне 240 ВА. Так как общая суммарная мощность канала +12В в мощных блоках питания может превышать эту величину, было принято решение ввести разделение на несколько отдельных каналов с индивидуальной защитой по току менее чем 20А. Эти раздельные каналы вовсе не обязаны иметь индивидуальную стабилизацию внутри БП. Поэтому на самом деле, почти все блоки питания имеют один сильноточный канал +12В, вне зависимости от количества виртуальных каналов. Хотя на рынке имеется несколько моделей с действительно раздельными стабилизаторами и несколькими независимыми линиями +12В, однако это лишь исключение из общего правила. Для компьютерных комплектующих виртуальное, как и реальное разделение по каналам никоим образом не сказывается, а те из компонент, которые могут потребовать ток более чем 18-20А, имеют возможность подключения двух разделенных каналов. Так 8-контактный разъем питания процессора на материнских платах имеет по два контакта на каждый из двух каналов, а топовые видеокарты NVIDIA и AMD имеют два 6-контактных (либо комбинацию из 6-контактного и 8-контактного, как у Radeon 2900 XT, Radeon HD 3870 X2, GeForce 9800 GX2) разъема.

Кроме электрических характеристик имеются и физические. Каждый блок, претендующий на соответствие форм-фактору ATX должен иметь ширину 150мм, при высоте 86мм. Глубина блока может варьироваться от 140мм до 230мм и более.

• Кабельное оснащение блока

Существующие блоки питания оснащаются массой кабелей с разными типами разъемов. Информация об их длинах и количестве позволит еще до покупки определить, подойдет ли конкретная модель под нужный корпус, либо придется докупать переходники и удлинители. Все эти параметры отображаются в виде таблицы для каждого из протестированных блоков. Верхняя часть – несъемные кабели, а ниже, в случае наличия отстегиваемых проводов, с отступом указаны количество и длины всех кабелей с разъемами.

Если на одном проводе имеется несколько разъемов – длины до каждого записываются в ряд. К примеру, общая длина кабеля в примере выше для последнего разъема SATA – 45+15+15 = 75см. Нестандартные разъемы, к примеру, 3-контактный кабель мониторинга оборотов вентилятора, или переходники указываются в нижних строках таблицы. Кроме перечисления кабелей и их видов, определяется толщина проводов, использованных в кабелях, наличие дополнительных проводов для мониторинга и компенсации сопротивления проводов к разъему (так называемые Vsense-провода).

• Шумность системы охлаждения

Почти все блоки питания оснащаются вентилятором для активного охлаждения компонентов внутри корпуса. Кроме этого, вентилятор также выбрасывает подогретый воздух внутри корпуса компьютера наружу в окружающую среду. Большинство современных источников питания имеют вентилятор типоразмера 120 мм, расположенный на нижней стенке. Все чаще встречаются модели с вентилятором 135 или даже 140 мм, благодаря чему можно добиться снижения уровня шума при сохранении эффективности охлаждения. Однако в старших мощных моделях по-прежнему применяется 80 мм вентилятор в задней торцевой стенке, который выбрасывает воздух из БП наружу. Возможны также вариации с использованием разного расположения вентилятора, либо применением нескольких вентиляторов. Почти все блоки оснащены схемой динамического управления оборотами вентиляторов, в зависимости от температуры внутри БП (чаще всего температуры радиатора с диодами стабилизатора).

Наибольшая доля потребляемой мощности приходится на центральный процессор и видеокарты. В Internet имеется масса различных калькуляторов потребления компьютера. Довольно достоверные результаты выдает eXtreme Power Supply Calculator Pro. Наша тестовая система на базе процессора Intel Xeon 3050, мат.платы Intel DP35DP, четырех модулей памяти DDR2, видеокарты NVIDIA GeForce 6600GT и трех винчестеров Seagate ST3320620AS, согласно расчетам калькулятора, требует блока питания с мощностью 244 Вт. Замеренное реальное потребление системы под нагрузкой достигло величины 205 Вт. Цифры схожие, да и наличие некоторого запаса по мощности не помешает, ведь конфигурация ПК со временем может меняться, например, добавится еще один винчестер, или видеокарта будет заменена на более производительную. Будет неприятно менять и блок питания при каждой такой замене. Современные 4-ядерные процессоры на базе 65-нм ядер Intel и AMD требуют до 100-140Вт мощности (без разгона), а 45-нм Intel Core 2 Extreme QX9650 довольствуется 75-80Вт при полной нагрузке. Куда более прожорливы старшие видеокарты NVIDIA и ATI, а тандем из двух видеокарт GeForce 8800 Ultra либо ATI Radeon HD 3870 X2 может потребовать до 350-450 Вт на одну только графическую подсистему. В таких конфигурациях логично и необходимо использовать соответствующие блоки питания, с мощностью 500-600Вт. Остальные компоненты потребляют немного, один винчестер едва дотягивает до отметки 15-25Вт во время старта и позиционирования головок, модуль памяти в среднем требует 4-10Вт, периферийные платы – 5-25Вт. Системы охлаждения за исключением комплексов с использованием термоэлектрических элементов также потребляют немного: 10-40Вт.

Теперь немного понятно, что для полноценного тестирования блока питания недостаточно просто измерить вольтметром напряжение на выходах. Это лишь может показать отсутствие явных и серьезных проблем в работе блока питания, но не более того. Основная проблема обеспечения качественного питания обычно заключается в неспособности блока питания выдавать нужный ток для каждой компоненты компьютера, либо чрезмерном отклонении напряжений от номинала. Всевозможные вариации тестирования «методом вольтметра» могут лишь показать, что компьютер способен работать на конкретно взятой нагрузке, в конкретный момент времени, но абсолютно не показывает, насколько большую мощность в реальности может выдать блок питания, и не показывает, что случится с блоком питания, если нагрузка превысит допустимую мощность.

Для проведения тестирования и выяснения технических характеристик каждой блок питания подключается к специальному стенду, который позволяет одновременно измерять уровни напряжения и тока на всех выходных каналах в автоматическом режиме. Перед тестированием на стенде все блоки питания разбираются, фотографируются, проверяется качество пайки и монтажа, осматриваются компоненты на платах на предмет дефектов. В случае наличия, оные описываются в статье, со ссылкой на тот факт, что один конкретно взятый блок может оказаться бракованным, как и любое другое сложное электронное оборудование. Также всегда приводится фотография наклейки блока питания, с допустимыми величинами мощности по всем каналам. Если плотность монтажа позволяет, проводится обзор примененной элементной базы и особенности схематических решений. Часто встречается ситуация, когда компании сами не разрабатывают, а только продают блоки питания сторонней разработки OEM-компаний. Это обычно можно определить по коду сертификата UL, он редко скрывается и наносится на наклейке с основными параметрами, и выглядит как “E123456”. Примером использования данного принципа является OCZ, Tagan, ThermalTake и другие. Определить принадлежность кода к названию производителя можно на сайте UL Online Certifications Directory, задав поиск по коду с наклейки в графе UL File Number.

Для коробочных изделий обозревается комплектация и дополнительные аксессуары. На этом же этапе данные о мощности блока и каналов с наклейки блока питания заносятся в программу управления стендом, и подключаются все необходимые разъемы, в соответствии с распределением каналов. Проверяется работа схем защиты от короткого замыкания (каждая линия последовательно подключается на земляную шину), а также защита от перегрузки по каналам. Блок измерения входных параметров сети на данный момент находится в разработке, поэтому замеры КПД, коэффициента мощности и работа БП при различном диапазоне входных напряжений временно не проводятся. После проведения базовой проверки функционирования блока питания проводится снятие графиков кросс-нагрузочной характеристики (КНХ). Обычно для стабилизации напряжений +12В и +5В в блоках питания используется групповая схема включения, которая выравнивает среднеарифметическую величину между этими двумя напряжениями. Такое устройство легко видно при обзоре внутреннего строения блока питания, для группового стабилизатора используется один дроссель большего и один меньшего диаметра для канала +3.3В, который стабилизируется отдельно. Эти дроссели обычно расположены возле места подключения проводов выходных каналов блока питания.

Недостаток такой схемы включения – напряжения +12В и +5В сильно зависят друг от друга. При сильной нагрузке на +12В напряжение на ненагруженном канале +5В начинает завышаться. Равнозначна и обратная ситуация, действует своеобразный принцип «качелей». В современных же компьютерах вся мощная нагрузка приходится именно на +12В, четырехъядерный CPU и несколько видеокарт могут легко создать нагрузку около 30А, при почти нулевой нагрузке по +5 и +3.3В.

Более предпочтителен подход с использованием раздельных дросселей для стабилизации каждого из напряжений независимо. Однако это требует дополнительного места на печатной плате, да и сами дроссели денег стоят, поэтому подобное решение используется только в довольно дорогих блоках питания. Кроме этого, в блоках могут применяться дополнительные цепи для стабилизации напряжений, а эффективность их работы и призвано наглядным образом показать на графике КНХ.

В качестве нагрузки, а также для упрощения и автоматизации тестирования был разработан и изготовлен стенд на базе RISC-микроконтроллера ATMEL AT91SAM7A3. Для нагрузки используется шесть независимых идентичных каналов. Характеристики каждого из них приведены ниже в таблице.

Физически электроника и платы стенда с помощью стоек смонтированы на алюминиевом радиаторе с размерами 750х122х38 мм. Непосредственно сами силовые ключи установлены на стенку радиатора. Для охлаждения радиатора используются мощные вентиляторы Nidec Beta V и Delta DFB1212SHE типоразмера 120х38, а крыльчатка каждого вращается со скоростью свыше 4000 оборотов\минуту.

Возможности стенда довольно широки и включают на данный момент:

• Включение\отключение БП при помощи управления сигналом PSON
• Непрерывное слежение за состоянием сигнала PWOK
• Измерение токов и напряжений по каждому из основных каналов
• Установка заданной нагрузки по любому из каналов
• Калибровка стенда для получения точных измерений

Сам стенд имеет индикацию состояния всех линий блока питания, а именно: PWON, PSON, +3.3V, +5V, +12V1, +12V2, +12V3, +12V4, +5standy (дежурное), -12, -5 (для старых БП). Также имеется несколько других контрольных светодиодов. Для подключения тестируемого блока питания к стенду имеется один 24-контактный разъем ATX, четыре 8-контактных разъема питания PCI-Express, один 8-контактный разъем для процессорного кабеля и восемь 4-контактных периферийных разъемов.

Для управления работой стенда, его настройки и контроля используется специальное программное обеспечение, работающее под управлением ОС Windows, которое постоянно обменивается данными с микроконтроллером стенда. Связь осуществляется при помощи интерфейса USB, который имеется на любом современном ПК.

В ручном режиме каждый канал стенда может независимо настраиваться, а контроль напряжений и токов проводится непрерывно, что позволяет быстро выяснить пороги стабильной работы блока. Программа позволяет также генерировать импульсы с различной величиной тока, для проверки устойчивости блока к импульсным нагрузкам (например, одновременный старт нескольких винчестеров, либо работа видеокарт в SLI/CF).

В автоматическом режиме программа строит 6 графиков (для каждого канала отдельный график). По оси Х суммарная величина потребляемой стендом мощности по каналу +12В, а по Y – суммарная мощность от каналов +3.3 и +5В. Может быть задан любой предел по мощности нагрузки, в рамках допустимой мощности стенда. Каждая точка графика на пересечении осей обозначает величину напряжения по каналу при суммарной нагрузке на каналы +3.3, +5 и +12В. То есть, на графике напряжения +3.3В все поле графика – это величина напряжения при всех возможных комбинациях нагрузок. Зная заявленные в стандарте и описанные нами ранее в статье допустимые отклонения по каждому напряжению – мы можем достоверно утверждать, на сколько процентов блок питания снизил, либо превысил напряжение относительно идеальных 3.300В, 5.000В и 12.000В. Но приводить в статье этот огромный массив цифр не имеет практического смысла, и все величины отклонений удобнее отобразить на графике цветовыми маркерами. Легенда с отклонениями прилагается на каждом графике и позволяет легко определять, где вложился блок питания в требования стандарта, а где нет. Пониженное напряжение отображается оттенками синего, повышенное относительно номинала – красными. Уровни за пределами стандарта (+\-5%) отображены темно-синим и темно-красными цветами. Шаг между каждой из точек составляет 0.2-0.5 А в зависимости от заданных условий тестирования. Типичный блок питания с мощностью 500Вт в автоматическом режиме тестируется около часа, при этом производится около 10000 измерений, и такое же количество ступеней управления нагрузкой. Провести вручную аналогичный тест заняло бы массу времени. Для блоков с типичной мощностью КНХ может сниматься в соответствии с нагрузочными моделями, описанными для типичных нагрузок в стандартах ATX PSDG 2.2 и EPS PSDG 2.91.

После проведения замеров, графики компонуются в один анимированный GIF-файл и публикуются в статье. Итоговый вид приблизительно таков:

Грубо говоря – чем больше зеленого цвета на графике – тем меньше отклонение напряжений от идеала. Напомним, что основное потребление современных ПК приходится на +12В канал, поэтому важно минимально возможное отклонение именно в горизонтальной плоскости графика.

Кроме КНХ замеряются уровни пульсаций на каждом из основных каналов. Для этого используется 4-канальный осциллограф Tektronix 2246-1Y, с максимальной частотой 100 МГц, чего с большим запасом достаточно для обнаружения и измерения всех возможных пульсаций блока питания. Пульсации замеряются при 100% нагрузке на блок питания, именно в этих условиях их величины максимальны. Чем ниже пульсации – тем меньше наводок и помех создает блок питания в питаемых им устройствах. Это особенно важно для чувствительных звуковых карт, тюнеров и подобных устройств. В дальнейшем замер пульсаций также будет автоматизирован.

На текущий момент использованная методика и стенд позволяют с хорошей точностью определить основные нагрузочные возможности, уровень пульсаций и соответствие допускам стандарта по всем основным питающим каналам блока питания. Однако всегда есть возможность внести улучшения, поэтому в скором времени планируется реализация блока для автоматического замера эффективности преобразования (КПД) блока питания, замеры фактора мощности, оптические датчики для замеров скорости вращения вентиляторов блока и температурные измерения в условиях, приближенных к реальным средам использования. Данная статья будет периодически обновляться, с учетом вносимых изменений. Также все пожелания и дополнения читателей будут внимательно рассмотрены и приняты во внимание.

Версия 1.01b от 2.02.2008. Начальная версия.

Использованные материалы и ссылки:

Выражаю благодарности за помощь в создании стенда

J-34, izerg, MAXakaWIZARD, cyclone.

overclockers.ru

Методика тестирования блоков питания

Многие IT-издания ежемесячно публикуют массы материалов с различными тестами всевозможных процессоров, видеоадаптеров, материнских плат, памяти и жестких дисков. Но вот тесты блоков питания проводят очень немногие, поскольку это связано с техническими особенностями и необходимостью инженерного опыта и знаний принципов работы импульсных источников питания. И сегодня, на страницах Modlabs.net открываем цикл статей, посвященных тестированию блоков питания для персональных компьютеров. Наличие качественного и надежного блока питания критически важно для обеспечения бесперебойной работы любой системы. А когда комплектующие подвергнуты серьезному разгону с применением кастомных систем охлаждения и вольтмодами то качество электропитания и стабильность всех напряжений становится одним из ключевых средств для стабильного и безошибочного функционирования компьютера. Однако достаточно слов, приступим к обзору характеристик, которыми обладает любой импульсный блок питания предназначенный для питания компьютерной техники.

Стандарты и типы блоков питания

Все продаваемые в рознице блоки питания для домашних и офисных ПК должны соответствовать стандарту ATX версии 2 и более новой. Серверные блоки питания обычно сертифицируются по более жесткому SSI EPS, который принципиально схож с ATX. С конкретными величинами и характеристиками можно ознакомиться, скачав стандарты по ссылкам в конце статьи, а пока рассмотрим несколько ключевых характеристик и их значение. Эта документация предназначается производителям блоков питания для обеспечения совместимости их аппаратуры с общепринятым стандартом. Сюда входят геометрические, механические и, конечно же, электрические характеристики устройств. Каждый из блоков питания для компьютеров должен быть протестирован и отвечать всем требованиям стандартов.

Входные характеристики

Блок питания обязан нормально работать при напряжении в сети 90-140В для сетей 110В и 180-264 для сетей 220В, при частоте от 47 до 63Гц. Напряжение ниже указанных, не должно приводить к повреждению схем блока питания. Пропажа сетевого напряжения на любой период времени, в любой момент работы также не должно приводить к неисправности блока. При включении, ток зарядки высоковольтных конденсаторов не должен превышать номинальные значения входных цепей (предохранитель, выпрямительные диоды и схемы ограничения тока). Существует миф, что более мощный блок питания потребляет больше мощности из розетки, в сравнении по сравнению с маломощным дешевым аналогом. В действительности, часто имеет место обратная ситуация. Каждый блок имеет потери энергии при преобразовании сетевого напряжения в низковольтное постоянное, потребляемое компонентами компьютера. КПД (коэффициент полезного действия, или эффективность) современного дешевого блока обычно колеблется около величины 65-70%, тогда как более дорогие модели могут обеспечивать эффективность работы 85% или даже лучше. Например, подключив оба блока к нагрузке 200 Вт (приблизительно столько потребляет большинство компьютеров) получим потери 70 Вт в первом случае, и только 30 Вт во втором. 40 ватт экономии при ежедневной работе компьютера по 5 часов в сутки и 30-денному месяцы помогут сэкономить 6 кВт на счете за электроэнергию. Конечно, это мизерная цифра для одного ПК, но если взять уже офис на 100 компьютеров, то цифра может оказаться заметной. Также стоит учесть, что эффективность преобразования разная при разной мощности нагрузки. А раз пик максимального КПД приходится на 50-70% диапазон нагрузки, то практического смысла в приобретении БП с двукратным и более запасом мощности нет. Эффективность работы должна превышать 70% для полной нагрузки, и 65% для 20%-ной нагрузки. При этом рекомендованная эффективность как минимум 75% или лучше. Существует добровольная система сертификации для производителей, известная как Plus 80. Все источники питания принимают участие в этой программе имеют эффективность свыше 80%. На данный момент список участников-производителей в инициативе Plus 80 включает больше 60 наименований.

Напряжения и токи

Одна из ключевых характеристик — уровень напряжения по каждому из каналов блока питания. Современны блоки питания ATX выдают напряжения +12, +5, +3.3 и -12В, а также дополнительное дежурное +5В и несколько дополнительные сигнальный линий. Если отклонение напряжения ниже чем 5-10% порог, значительно увеличивается вероятность появления сбоев в работе компьютера, или спонтанное пере загрузки во время загрузки на процессор либо видеокарту. Слишком высокое напряжение негативно сказывается на тепловом режиме работы преобразователей напряжения на материнской плате и платах расширения, а также способно вывести из строя чувствительные контроллеры винчестеров, или вызвать повышенный износ. В лояльном ATX Power Supply Design Guide по каналу +12В допустимо 10% отклонение при пиковой нагрузке, однако напряжение по каналу +12V2 (который обычно предназначается для питания процессора), не должно снизиться ниже +11 В. Однако на практике часто уже даже 11.6В вызывает сбои в работе видеокарт. Не менее важным является и контроль импульсных помех (пульсаций) напряжения на каждой из линий. Допустимые рамки описаны в стандарте как обязательные, согласно стандарту SSI EPS 2.91 PSDG. Источниками пульсаций обычно являются схемы преобразователей внутри самого блока питания, а также мощные потребители с импульсным характером потребления, такие как процессоры, платы обработки трехмерных изображений, жесткие диски

Узлы защиты от повреждений

Кабели и различные разъемы

Современные блоки питания оснащаются рядом кабелей со стандартными разъемами, которые описаны в стандартах ATX и EPS. Материнская плата подключается 24-контактным (ранее был 20-контактный) разъемом с двухрядным расположением контактов, стандарта MiniFit. Конвертор напряжения питания процессора использует отдельный канал для питания, и оснащается 8\4-контактным разъемом MiniFit. Видеокарты используют кабели с напряжением +12В, с 6-ти и 8-ми контактными разъемами такого же типа, как и процессорный. SATA-устройства используют свой собственный проприетарный разъем с напряжениями +5, +3.3 и +12В. Периферийные устройства и старые накопители довольствуются давно существующими 4-контактными Molex с напряжениями +5 и +12В. Многие производители упаковывают кабели в нейлоновую оплетку, которая аккуратно выглядит и более удобна. Иногда доходит и до крайностей, как у Topower с толстыми экранированными кабелями с пластиковой трубке, или до черных одноцветных шин как у блоков Ultra. Также модно делать кабели отключаемыми от блока питания, что якобы удобнее и позволяет избавиться от пучка просто свисающих от БП проводов. Но, во-первых, удобство спорно, хотя бы из-за плотности, с какой расположены разъемы для подключения модульных кабелей, да и большой возможности воткнуть кабель не в свой разъем, например подключив жесткий диск к разъему питания видеокарт. Хорошо если защита в блоке питания сработает раньше, чем сгорит винчестер, а если нет? А во вторых, часто меняют комплектующие и кабели в компьютере разве что энтузиасты-оверклокеры и заядлые игроки, проводящие апгрейд каждый месяц. К тому же модульные разъемы хоть и несильно, но ухудшают электрический контакт, появляется еще один узел, где возможен плохой контакт или замыкание, разъемы стоят денег и удорожают монтаж блока.

Системы охлаждения блоков питания

Почти все блоки питания оснащаются вентилятором для активного охлаждения компонентов внутри корпуса. Кроме этого, вентилятор также выбрасывает подогретый воздух внутри корпуса компьютера наружу в окружающую среду. Большинство современных источников питания имеют вентилятор размера 120мм, расположенный на нижней стенке кожуха. Все чаще встречаются модели с вентилятором 135 или даже 140 мм, благодаря чему можно добиться снижения уровня шума при сохранении эффективности охлаждения. Однако в старших мощных (более чем 700 Вт) моделях, как и раньше, применяется вентилятор типоразмера 80х80мм в задней торцевой стенке. Возможно также вариации с использованием разного расположения вентилятора, или применением нескольких вентиляторов. Почти все блоки оснащены схемой динамического управления оборотами вентиляторов, в зависимости от температуры внутри БП (чаще всего температуры радиатора с диодами стабилизатора). Некоторые производители рассчитывают и указывают мощность блока питания при сниженной температуре 25°С, или даже 15°С, и попытка нагрузить указанной мощностью подобный прибор при повышенной температуре окружающей среды может привести к неприятному финалу и порчи комплектующих и самого блока питания. Это именно тот случай, когда примечание шестым пунктом снизу имеет значение.

Стенд для тестирования

Для проверки соответствует ли любой экземпляр блока питания рекламным заявлениям производителя, специально для обзоров был спроектирован и изготовлен испытательный стенд. Итоговый прибор, сравнявшись по стоимости с топовыми процессорами, в какой-то мере является микрокомпьютером, способным в автоматическом режиме проводить измерения всех каналов напряжения, отслеживать действующие на линиях токи и проводить всесторонние тесты узлов БП. Основные возможности стенда таковы:

» Включение\отключение блока питания, замер длительности включения\отключения блока
» Непрерывный мониторинг напряжений на всех каналах блока питания
» Непрерывный мониторинг токов на всех силовых каналах блока питания (кроме -12В)
» Непрерывное слежение за температурами внутри стенда и на выходе из БП
» Возможность подключения осциллографа, для замера пульсаций и слежения за шумом
» Отслеживание и защита от повреждений при аварийных ситуациях
» Возможность снятия кросс-нагрузочных характеристик и оценка по каждому основных напряжений.
» Приближенные к реальным условиям использования БП в ПК профили тестирования
» Гибкие возможности расширения и поддержка дополнительных модулей
» Модуль измерения характеристик электросети (сетевое переменное напряжение, частота и ток)
» Интерфейс для связи и управления к компьютеру USB 2.0
» Поддержка операционных систем Windows 2000/2003/Vista, включая 64-бит версии.
» Автономное сетевое питание от электросети 220В 50Гц
» Переносимость и небольшие габариты устройства.

Стенд имеет 8 каналов нагрузки, полностью управляемые, и способны потреблять ток более 30 ампер. Так как нагрузка стенда построена с использованием мощных полевых транзисторов, точность и возможности установки тока потребления легко варьировать в широких пределах. Шаг задания тока на всех каналах — 50мА, но при тестах в ручном режиме используются более большие шаги. 6 каналов подключены к различным разъемам с напряжением +12В, 1 канал создает нагрузку на +5В, и еще один — на +3.3В. Также имеется неуправляемый канал +5Vstb создающий нагрузку 1.5А, неизменную во время всех тестов, и канал для создания нагрузки 0.3А на линии -12В. Суммарно испытательный стенд позволяет тестировать блоки питания с мощностью до 1700Вт, при температуре окружающей среды не выше +25°С. Одна только мощность потребляемая вентиляторами достигает величины 80Вт по каналу +12В, поэтому стенд питается от собственного автономного блока питания.

Все вентиляторы снабжены защитными решетками, чтобы защитить оборудование и любопытствующих от травм, поскольку мощный вентилятор с агрессивными лопастями подобен мясорубке. Шум от работающего на полной мощности стенда легко заглушает даже самые громкие системы охлаждения видеокарт и процессоров. Поэтому на данный момент никаких оценок и замеров шумности тестируемых блоков не проводится. Итоговая упрощенная схема подключения испытуемого блока питания представлена на рисунке

На рисунке отображены только два провода на блок нагрузки, однако на самом деле их двадцать, так как одновременно подключаются все имеющиеся каналы и линии. Во время начальных испытаний стенд был смонтирован на монолитном алюминиевом радиаторе 500х122х38 мм.

В дальнейшем, для приближения тестовых условий работы изучаемого БП к реальным условиям использования внутри компьютера весь стенд собран внутри серийного компьютерного корпуса Thermaltake Soprano RS 100, с учетом модификаций шасси для крепления блоков стенда. Ведь в реальном компьютере, блок питания работает в сложных тепловых режимах, когда мощный процессор и видеокарты довольно значительно подогревают воздух внутри корпуса, а вентилятор блока питания уже горячим воздухом обдувает узлы блока питания. Тесты же блока питания вне корпуса не учитывают этого, и блоки работают в тепличных условиях даже при полной мощности нагрузки. В нашем стенде испытуемый блок питания устанавливается в заводское монтажное место, расположенное сверху слева, согласно стандарту АТХ. Подключаемые кабели от блока питания выводятся наружу к плате с разъемами через отверстие в крыше корпуса. Такой подход позволяет быстро менять схему подключения нагрузок, контролировать нагрев кабелей, подключать измерительные приборы для дополнительного контроля.
 

В нижней части, там, где в компьютерах располагаются системная плата с процессором, видеокартой и винчестеры в стендовом корпусе закреплены три массивных радиатора из алюминия, с установленными модулями нагрузок. На верхнем из них расположены нагрузки каналов +3.3 и +12V6, на среднем — три канала +12V1, +12V2, +5, а на нижнем оставшиеся +12V3, +12V4, +12V5 и дежурное +5Vstb. Радиаторы во время работы на полной мощности сильно разогреваются, вплоть до температур +100°С. Для охлаждения использовано шесть мощных вентиляторов типоразмера 120х120х38мм, со скоростью вращения крыльчатки около 4000-5000 оборотов в минуту, которые продувают весь корпус. Для защиты от перегрева в наиболее горячих точках установлено несколько температурных датчиков, которые непрерывно опрашиваются микропроцессором стенда.

Микропроцессорный модуль построен на базе 32-битного микроконтроллера с архитектурой ARM7, имеет 16 каналов АЦП, таймеры, 256КБ флеш-памяти для программ и большое количество различных интерфейсов. Для установки тока по каналам применяется 8-битный ЦАП на 8 независимых каналов и модули усиления и фильтрации помех. Ряд светодиодов на плате индицируют состояние устройства, наличие напряжений, а также текущие режимы работы. Благодаря наличию портов отладки функционал и код программы может быть быстро изменен с помощью персонального компьютера и среды разработки.

Силовая плата с разъемами служит для подключения разъемов от блока питания к нагрузочным модулям, а также для мониторинга величин. Напряжения измеряются в точке подключения кабеля к нагрузке. На плате установлен 24-контактный разъем, 4 разъема PCI-Express с 8 контактами, один 8-контактный разъем под кабель питания процессора и восемь стандартных 4-контактных молексов. На каждом канале установлен дополнительно высокочастотный экранированный разъем SMA для подключения измерительный пробников, а также емкости, предусмотренные по стандарту для тестовых испытания (10мкФ танталовый и 0.1мкФ керамический).

Контролем сетевого напряжения поступающего на испытуемый блок питания, а также замером потребляемого активного и реактивного токов занимается отдельный модуль, питаемый от электросети автономно. Модуль имеет собственный RS-232 порт для связи с главным микроконтроллером, жидкокристаллический индикатор для отображения текущего значения мощности, а также высокоточные АЦП и ИОН. На плате установлены также цепи защиты от перегрузки, во избежание перегрева и возгорания.

Для контроля возможно подключение знаково-цифрового индикатора со стандартным контроллером Hitachi HD44780 , либо совместимым аналогом. Электроника стенда связана с нагрузкой мощными толстыми проводами в прочной изоляции с хвостовиками под винтовой монтаж. Ведь ток потребляемый нагрузками только по каналу +12В может достигать 150 (!) ампер при полной мощности. Сварочные аппараты нередко рассчитаны на меньший ток.

Каждый из полевых транзисторов, используемых в нагрузке, способен рассеять 480Вт, при условии соответствующего теплоотвода от корпуса. Максимальный ток работы примененных FB180SA10 достигает 180А, при напряжении 100В. В импульсном режиме этот ток еще выше, поэтому запас по прочности у использованных компонент многократный, что значительно повышает надежность испытательного стенда. За все время работы установки и тестов более тридцати различных блоков питания примененная элементная база функционировала безукоризненно.

Для управления работой стенда было специально разработано программное обеспечение с графическим интерфейсом под операционные системы семейства Windows 2000/2003 Server. Программа служит для задания параметров тестов, с возможностью как ручного управления, так и запуском автоматических программ и тестов. Мониторинг напряжений и токов выполняется непрерывно по запросу управляющей программы, а слежение и защита по температурным показателям микроконтроллер стенда выполняет полностью автономно, сообщая программе только текущие значения. При первом подключении стенда к компьютеру стандартным периферийным USB-кабелем Windows находит новое устройство и предлагает установить драйвер. После установки драйвера стенд полностью функционален.

После запуска и настройки программы управления на заданный порт и скорость связи можно увидеть главное окно. Здесь же находятся регуляторы для установки тока по каждому из независимых каналов нагрузки, отображается текущее и расчетные величины мощности и тока, действующая мощность на выходе тестируемого блока питания, мощность на входе БП, эффективность работы, сетевые напряжение, ток и частота, 4 температуры с датчиков стенда, а также 2 скорости оборотов вентилятора. Для замера оборотов применяются бесконтактные оптические датчики оборотов. Также имеется таймер, считающий время, которое пробыл блок питания во включенном состоянии. Приблизительный вид главного окна может быть следующим:

Очень удобны для оценки качества стабилизации, так называемые графики кросс-нагрузочных характеристик (КНХ) блока питания. Они представляют собой трехмерный массив данных, где по оси Х (горизонтальная) отмечены величины суммарного тока нагрузки по +12В, по Y(вертикальная ось) отражает величину суммарного тока по +5 и +3.3В каналам, а сами точки в глубину отражают величину отклонения измеренного напряжения от идеального. График для каждого напряжения измеряется и строится отдельно, таким образом, количество графиков равно количеству каналов у блока питания. Для наглядности и удобства каждый график отражает отклонение по точкам с помощью цвета, от -5% (темно-синий цвет точки) до +5% (темно-красный цвет). Отклонения не более 1% отображаются оттенками зеленого, превышения напряжения на 2-3% — оттенками красного и желтого, а понижение ниже идеального на 2-4% — голубыми цветами. Выражаясь более простым языком, чем «зеленее» график, тем меньше погрешности в стабилизации блока питания, тем ближе его напряжения к идеальным +12.0, +5.0, +3.3В. Напомним, по стандарту ATX 2.3 блок обязан укладываться в 5% допуск по напряжению, а по более жесткому серверному SSI EPS v2.91 — в 3% величину отклонения. Качественный блок с раздельной стабилизацией по каналам имеет примерно такой график:

Некачественные блоки обычно похожи на радугу разукрашку на графиках КНХ. В различных комбинациях токов и напряжений такие изделия то превышают допуски стандарта, выдавая слишком высокое напряжение, то наоборот, слишком занижают напряжения, также нарушая требования.

Кроме того КНХ позволяет увидеть, в каких комбинациях нагрузочных токов блок работает неустойчиво, либо вообще не способен функционировать. Не секрет, что некоторые мощные блоки питания даже не стартуют, если на определенных каналах нет минимально необходимой нагрузки. С этим сталкивались владельцы современных блоков питания при попытке их подключить к устаревшим ныне системам на базе платформ Socket 478, Socket 462 и подобных. Снятие же КНХ без стенда, в ручном режиме заняло бы не один месяц работы даже для одного блока питания, не говоря уже о каком-либо тесте нескольких блоков питания. Ведь установку всех токов стенд проводит меньше чем за 250 микросекунд, а оператору-человеку потребовались бы минимум минуты, чтобы только выкрутить все регуляторы на нагрузках на нужные значения, и еще потратить массу времени и сил на запись результатов измерения и занесения их в таблицу точек. Стенд с процессорным управлением же справляется с построением уже готовых шести графиков КНХ для блока питания мощностью тысячу ватт за 18 минут. Все последующие материалы-тесты и обзоры блоков питания будут использовать описанные в текущей методике стенд и оборудование для проведения всех тестов. По мере обновления и усовершенствований материал будет дополняться и расширяться. На данный момент собранный и готовый к использованию экземпляр испытательного стенда возможно приобрести в облегченной конфигурации для нужд испытаний и тестирования блоков питания, для чего достаточно связаться с автором. Описанный в текущей статье прототип используется уже более года и зарекомендовал себя как надежный и удобный инструмент для оценки параметров импульсных блоков питания.

Благодарности и ссылки

X12V Power Supply Design Guide, version 2.2
SSI EPS Power Supply Design Guide, version 2.91
cyclone, за предоставленные возможности и посильную помощь
iZerg, за ценные рекомендации и бесценный опыт
J-34, за поддержку в создании прототипа
А также компании ATMEL, ALTERA, Intel, Tektronix, International Rectifier за отличные изделия.

Автор — Цеменко Илья

Обсуждение материала ведётся тут

www.modlabs.net

Методика тестирования блоков питания | Обзоры процессоров, видеокарт, материнских плат на ModLabs.net

ОГЛАВЛЕНИЕ:

Для проверки соответствует ли любой экземпляр блока питания рекламным заявлениям производителя, специально для обзоров был спроектирован и изготовлен испытательный стенд. Итоговый прибор, сравнявшись по стоимости с топовыми процессорами, в какой-то мере является микрокомпьютером, способным в автоматическом режиме проводить измерения всех каналов напряжения, отслеживать действующие на линиях токи и проводить всесторонние тесты узлов БП. Основные возможности стенда таковы:

» Включение\отключение блока питания, замер длительности включения\отключения блока
» Непрерывный мониторинг напряжений на всех каналах блока питания
» Непрерывный мониторинг токов на всех силовых каналах блока питания (кроме -12В)
» Непрерывное слежение за температурами внутри стенда и на выходе из БП
» Возможность подключения осциллографа, для замера пульсаций и слежения за шумом
» Отслеживание и защита от повреждений при аварийных ситуациях
» Возможность снятия кросс-нагрузочных характеристик и оценка по каждому основных напряжений.
» Приближенные к реальным условиям использования БП в ПК профили тестирования
» Гибкие возможности расширения и поддержка дополнительных модулей
» Модуль измерения характеристик электросети (сетевое переменное напряжение, частота и ток)
» Интерфейс для связи и управления к компьютеру USB 2.0
» Поддержка операционных систем Windows 2000/2003/Vista, включая 64-бит версии.
» Автономное сетевое питание от электросети 220В 50Гц
» Переносимость и небольшие габариты устройства.

Стенд имеет 8 каналов нагрузки, полностью управляемые, и способны потреблять ток более 30 ампер. Так как нагрузка стенда построена с использованием мощных полевых транзисторов, точность и возможности установки тока потребления легко варьировать в широких пределах. Шаг задания тока на всех каналах — 50мА, но при тестах в ручном режиме используются более большие шаги. 6 каналов подключены к различным разъемам с напряжением +12В, 1 канал создает нагрузку на +5В, и еще один — на +3.3В. Также имеется неуправляемый канал +5Vstb создающий нагрузку 1.5А, неизменную во время всех тестов, и канал для создания нагрузки 0.3А на линии -12В. Суммарно испытательный стенд позволяет тестировать блоки питания с мощностью до 1700Вт, при температуре окружающей среды не выше +25°С. Одна только мощность потребляемая вентиляторами достигает величины 80Вт по каналу +12В, поэтому стенд питается от собственного автономного блока питания.

Все вентиляторы снабжены защитными решетками, чтобы защитить оборудование и любопытствующих от травм, поскольку мощный вентилятор с агрессивными лопастями подобен мясорубке. Шум от работающего на полной мощности стенда легко заглушает даже самые громкие системы охлаждения видеокарт и процессоров. Поэтому на данный момент никаких оценок и замеров шумности тестируемых блоков не проводится. Итоговая упрощенная схема подключения испытуемого блока питания представлена на рисунке

На рисунке отображены только два провода на блок нагрузки, однако на самом деле их двадцать, так как одновременно подключаются все имеющиеся каналы и линии. Во время начальных испытаний стенд был смонтирован на монолитном алюминиевом радиаторе 500х122х38 мм.

В дальнейшем, для приближения тестовых условий работы изучаемого БП к реальным условиям использования внутри компьютера весь стенд собран внутри серийного компьютерного корпуса Thermaltake Soprano RS 100, с учетом модификаций шасси для крепления блоков стенда. Ведь в реальном компьютере, блок питания работает в сложных тепловых режимах, когда мощный процессор и видеокарты довольно значительно подогревают воздух внутри корпуса, а вентилятор блока питания уже горячим воздухом обдувает узлы блока питания. Тесты же блока питания вне корпуса не учитывают этого, и блоки работают в тепличных условиях даже при полной мощности нагрузки. В нашем стенде испытуемый блок питания устанавливается в заводское монтажное место, расположенное сверху слева, согласно стандарту АТХ. Подключаемые кабели от блока питания выводятся наружу к плате с разъемами через отверстие в крыше корпуса. Такой подход позволяет быстро менять схему подключения нагрузок, контролировать нагрев кабелей, подключать измерительные приборы для дополнительного контроля.
 

В нижней части, там, где в компьютерах располагаются системная плата с процессором, видеокартой и винчестеры в стендовом корпусе закреплены три массивных радиатора из алюминия, с установленными модулями нагрузок. На верхнем из них расположены нагрузки каналов +3.3 и +12V6, на среднем — три канала +12V1, +12V2, +5, а на нижнем оставшиеся +12V3, +12V4, +12V5 и дежурное +5Vstb. Радиаторы во время работы на полной мощности сильно разогреваются, вплоть до температур +100°С. Для охлаждения использовано шесть мощных вентиляторов типоразмера 120х120х38мм, со скоростью вращения крыльчатки около 4000-5000 оборотов в минуту, которые продувают весь корпус. Для защиты от перегрева в наиболее горячих точках установлено несколько температурных датчиков, которые непрерывно опрашиваются микропроцессором стенда.

Микропроцессорный модуль построен на базе 32-битного микроконтроллера с архитектурой ARM7, имеет 16 каналов АЦП, таймеры, 256КБ флеш-памяти для программ и большое количество различных интерфейсов. Для установки тока по каналам применяется 8-битный ЦАП на 8 независимых каналов и модули усиления и фильтрации помех. Ряд светодиодов на плате индицируют состояние устройства, наличие напряжений, а также текущие режимы работы. Благодаря наличию портов отладки функционал и код программы может быть быстро изменен с помощью персонального компьютера и среды разработки.

Силовая плата с разъемами служит для подключения разъемов от блока питания к нагрузочным модулям, а также для мониторинга величин. Напряжения измеряются в точке подключения кабеля к нагрузке. На плате установлен 24-контактный разъем, 4 разъема PCI-Express с 8 контактами, один 8-контактный разъем под кабель питания процессора и восемь стандартных 4-контактных молексов. На каждом канале установлен дополнительно высокочастотный экранированный разъем SMA для подключения измерительный пробников, а также емкости, предусмотренные по стандарту для тестовых испытания (10мкФ танталовый и 0.1мкФ керамический).

Контролем сетевого напряжения поступающего на испытуемый блок питания, а также замером потребляемого активного и реактивного токов занимается отдельный модуль, питаемый от электросети автономно. Модуль имеет собственный RS-232 порт для связи с главным микроконтроллером, жидкокристаллический индикатор для отображения текущего значения мощности, а также высокоточные АЦП и ИОН. На плате установлены также цепи защиты от перегрузки, во избежание перегрева и возгорания.

Для контроля возможно подключение знаково-цифрового индикатора со стандартным контроллером Hitachi HD44780 , либо совместимым аналогом. Электроника стенда связана с нагрузкой мощными толстыми проводами в прочной изоляции с хвостовиками под винтовой монтаж. Ведь ток потребляемый нагрузками только по каналу +12В может достигать 150 (!) ампер при полной мощности. Сварочные аппараты нередко рассчитаны на меньший ток.

Каждый из полевых транзисторов, используемых в нагрузке, способен рассеять 480Вт, при условии соответствующего теплоотвода от корпуса. Максимальный ток работы примененных FB180SA10 достигает 180А, при напряжении 100В. В импульсном режиме этот ток еще выше, поэтому запас по прочности у использованных компонент многократный, что значительно повышает надежность испытательного стенда. За все время работы установки и тестов более тридцати различных блоков питания примененная элементная база функционировала безукоризненно.

Для управления работой стенда было специально разработано программное обеспечение с графическим интерфейсом под операционные системы семейства Windows 2000/2003 Server. Программа служит для задания параметров тестов, с возможностью как ручного управления, так и запуском автоматических программ и тестов. Мониторинг напряжений и токов выполняется непрерывно по запросу управляющей программы, а слежение и защита по температурным показателям микроконтроллер стенда выполняет полностью автономно, сообщая программе только текущие значения. При первом подключении стенда к компьютеру стандартным периферийным USB-кабелем Windows находит новое устройство и предлагает установить драйвер. После установки драйвера стенд полностью функционален.

После запуска и настройки программы управления на заданный порт и скорость связи можно увидеть главное окно. Здесь же находятся регуляторы для установки тока по каждому из независимых каналов нагрузки, отображается текущее и расчетные величины мощности и тока, действующая мощность на выходе тестируемого блока питания, мощность на входе БП, эффективность работы, сетевые напряжение, ток и частота, 4 температуры с датчиков стенда, а также 2 скорости оборотов вентилятора. Для замера оборотов применяются бесконтактные оптические датчики оборотов. Также имеется таймер, считающий время, которое пробыл блок питания во включенном состоянии. Приблизительный вид главного окна может быть следующим:

Очень удобны для оценки качества стабилизации, так называемые графики кросс-нагрузочных характеристик (КНХ) блока питания. Они представляют собой трехмерный массив данных, где по оси Х (горизонтальная) отмечены величины суммарного тока нагрузки по +12В, по Y(вертикальная ось) отражает величину суммарного тока по +5 и +3.3В каналам, а сами точки в глубину отражают величину отклонения измеренного напряжения от идеального. График для каждого напряжения измеряется и строится отдельно, таким образом, количество графиков равно количеству каналов у блока питания. Для наглядности и удобства каждый график отражает отклонение по точкам с помощью цвета, от -5% (темно-синий цвет точки) до +5% (темно-красный цвет). Отклонения не более 1% отображаются оттенками зеленого, превышения напряжения на 2-3% — оттенками красного и желтого, а понижение ниже идеального на 2-4% — голубыми цветами. Выражаясь более простым языком, чем «зеленее» график, тем меньше погрешности в стабилизации блока питания, тем ближе его напряжения к идеальным +12.0, +5.0, +3.3В. Напомним, по стандарту ATX 2.3 блок обязан укладываться в 5% допуск по напряжению, а по более жесткому серверному SSI EPS v2.91 — в 3% величину отклонения. Качественный блок с раздельной стабилизацией по каналам имеет примерно такой график:

Некачественные блоки обычно похожи на радугу разукрашку на графиках КНХ. В различных комбинациях токов и напряжений такие изделия то превышают допуски стандарта, выдавая слишком высокое напряжение, то наоборот, слишком занижают напряжения, также нарушая требования.

Кроме того КНХ позволяет увидеть, в каких комбинациях нагрузочных токов блок работает неустойчиво, либо вообще не способен функционировать. Не секрет, что некоторые мощные блоки питания даже не стартуют, если на определенных каналах нет минимально необходимой нагрузки. С этим сталкивались владельцы современных блоков питания при попытке их подключить к устаревшим ныне системам на базе платформ Socket 478, Socket 462 и подобных. Снятие же КНХ без стенда, в ручном режиме заняло бы не один месяц работы даже для одного блока питания, не говоря уже о каком-либо тесте нескольких блоков питания. Ведь установку всех токов стенд проводит меньше чем за 250 микросекунд, а оператору-человеку потребовались бы минимум минуты, чтобы только выкрутить все регуляторы на нагрузках на нужные значения, и еще потратить массу времени и сил на запись результатов измерения и занесения их в таблицу точек. Стенд с процессорным управлением же справляется с построением уже готовых шести графиков КНХ для блока питания мощностью тысячу ватт за 18 минут. Все последующие материалы-тесты и обзоры блоков питания будут использовать описанные в текущей методике стенд и оборудование для проведения всех тестов. По мере обновления и усовершенствований материал будет дополняться и расширяться. На данный момент собранный и готовый к использованию экземпляр испытательного стенда возможно приобрести в облегченной конфигурации для нужд испытаний и тестирования блоков питания, для чего достаточно связаться с автором. Описанный в текущей статье прототип используется уже более года и зарекомендовал себя как надежный и удобный инструмент для оценки параметров импульсных блоков питания.

www.modlabs.net

Power Supply Tester, или тестер блоков питания.

Мой первый небольшой обзор будет посвящен тестеру напряжения компьютерных блоков питания. Для кого-то эта штука окажется годной, так как позволяет протестировать приличное количество БП за короткое время, для кого-то это будет игрушкой, так как есть вольтметр, и всякие HWiNFO64, правды тут не найти. Я решил поиграться, и заказал себе его.

Начнем с упаковки. Пришел тестер завернутый в некий вспененный материал (забыл название), и на экране наклеена пленка, так что суровые будни Почты России врят ли что сделают с ним.

Сборку можно описать двумя словами — не развалится. Половинки корпуса приплавлены друг к другу (посему разборки не будет), есть коцки, и неровности. По разъемам можно придраться только к обоим Молексам, сидят они кривовато, но использованию это не мешает. В остальном все отлично, ножки не погнуты, качество нормальное.

Для общего развития — разъемы БП с вики:

Вилки шлейфов питания (из блока питания), без переходников и адаптеров
1) AMP 171822-4 мини-размера для питания 5 и 12 вольтами периферийного устройства (обычно, дисковод)
2) Molex обычного размера (molex 8981)
3) 5-контактные разъёмы MOLEX 88751 для питания устройства с интерфейсом SATA: корпус MOLEX 675820000 или эквивалентный с контактами Molex 675810000 или эквивалентными[3]
4) «PCIe8connector» для питания видеокарты, расщепляемый на «PCIe6connector» (для питания видеокарты)
5) «PCIe6connector» для питания видеокарты
6) «EPS12V» (англ. Entry-Level Power Supply Specification для питания процессора
7) «ATX PS 12V» («P4 power connector») для питания процессора
8) «ATX12V» основного питания материнской платы: MOLEX 39-01-2040 или эквивалентная с контактами Molex 44476-1112 (HCS) или эквивалентными

Разьемы и сборка

Тестирование исправного БП. Тут описывать особо нечего, сверка будет производится не вольтметром, а программным способом, с помощью HWiNFO64. Мамка исправная, и датчики не косячат. Хочу заметить, что при подключении БП к питанию вместе с тестером, на блок питания подается сигнал о включении, и он, собственно, включается. Так что замеры тестер производит при включенном БП.

Допуски:

PG же это Power Good, задержка в миллисекундах — система защиты БП, которая дает возможность сформировать напряжение требуемого уровня. Должно быть в пределах 230-270.
К сожалению, в программе не отображаются половина линий, но думаю этого хватит.

Дополнительные фото

Вполне себе интересная игрушка, которая может стать полезным инструментом. Я вот, наконец, разберу свои завалы из старых БП на работе.

upd

Пользователь stasv предоставил фотки внутренностей своего сгоревшего тестера, за что ему спасибо:

Как можно заметить, установлен простой резистор на 5W и 33 Ом. В принципе, этого и следовало ожидать. Серьезные замеры им не провести, само собой, но для отбраковывания очевидной некондиции за быстрое время более чем достаточно, как мне кажется.

mysku.ru