Уровень защиты блока питания

Обновлено: 06.07.2024

С появлением видеокарт NVIDIA GeForce RTX 30-й серии, процессоров AMD Ryzen 5000-й серии и видеокарт серии Radeon RX 6000 мы вступили в эру еще более высокопроизводительных компьютеров. Это вызывает постепенное увеличение спроса на блоки питания высокой мощности.

В магазинах имеется множество блоков питания. Какие же из них лучше отвечают потребностям пользователей, вливающихся в новую волну апгрейда? При выборе подходящей модели следует обратить внимание на несколько факторов:

Мощность

Перед обсуждением прочих параметров следует объяснить самый базовый. Мощность, указанная в характеристиках блока питания, может отличаться от его действительной мощности. Для хорошего продукта это будет мощность при длительной работе, а для других – лишь пиковая выходная мощность, то есть выдавать ее постоянно они не смогут. На каждом блоке питания имеется этикетка с характеристиками. Также их можно прочитать на его упаковке. Из них вы сможете узнать, какую именно выходную мощность имеет та или иная модель. Далее мы рассмотрим оба типа мощности более детально.

Длительная мощность

Это максимальное значение выходной мощности, которую способен обеспечить блок питания при длительной работе, независимо от входного напряжения и температуры. Как правило, этикетка на задней панели блока питания оформляется в соответствии с правилами по электробезопасности, и на ней должна быть указана именно длительная мощность.

Пиковая мощность

Мощность блока питания, которую тот способен поддерживать в течение короткого времени (менее 10 мс) до активации защитных механизмов, называется пиковой. Как правило, она в 1,1 раза больше, чем длительная и чаще всего не указывается в таблицах характеристик и на этикетках продуктов. Например, пиковая мощность 850-ваттного блока питания будет составлять примерно 935 Вт (850 Вт х 1,1 = 935 Вт).

У некоторых блоков питания общая выходная мощность, написанная на этикетке, отличается от той, что указана в их названии или описании, поэтому обязательно перед покупкой изучите технические характеристики устройства, чтобы убедиться, что вы получите именно столько ватт, сколько вам требуется.

Безопасность

Еще одним важным аспектом блока питания являются его защитные функции, которые предотвращают повреждение устройства при возникновении внештатных ситуаций. Ниже приведены краткие описания самых популярных из них.

Защита от перегрузок по напряжению (OVP)

При нестабильной работе системы питания могут случиться скачки выходного напряжения. Если оно выйдет за безопасные пределы, блок питания будет отключен, чтобы предотвратить повреждение компонентов компьютера. После устранения внештатной ситуации его можно будет включить снова.

Допустимые диапазоны напряжений, данные в руководстве компании Intel по проектированию блоков:

Защита от перегрузок по току (OCP)

Если ток на выходных линиях превысит безопасный уровень, блок питания будет вовремя выключен, чтобы избежать повреждения компонентов компьютера. Его можно будет снова включить после устранения внештатной ситуации.

Защита от общей перегрузки (OPP)

Если общее энергопотребление компьютера превысит возможности блока питания, тот будет вовремя отключен, чтобы предотвратить поломку.

Защита от перегрева (OTP)

Если температура внутри блока питания превысит безопасный уровень, например, из-за плохого отвода тепла или сломавшегося вентилятора, то он будет вовремя отключен, чтобы предотвратить поломку. Блок питания можно будет включить вновь, когда температура опустится до приемлемой.

Защита от коротких замыканий (SCP)

При коротком замыкании выходных линий блок питания будет вовремя выключен, чтобы избежать повреждения. Его можно будет снова включить после устранения неисправности.

Конструкция шин питания и их характеристики

Блоки питания могут иметь одну или несколько выходных линий с напряжением +12 В. Оба варианта имеют свои плюсы и сферы применения. +12 В – это основное системное напряжение, которое используется и процессором, и видеокартой, и материнской платой, поэтому сила тока на такой линии будет довольно высокой. Понять, какой именно конструктивный вариант используется в том или ином блоке питания, как правило, можно из его технических характеристик.

Одиночная выходная линия

Как подразумевает название, при таком варианте имеется лишь одна выходная линия +12 В, по которой и поставляется весь ток, нужный системным компонентам. Его преимущество состоит в том, что сила тока такой линии может быть сравнительно высока. В таблице характеристик будет указана лишь одна линия +12 В с максимальной силой тока и мощностью, которые она поддерживает.

Несколько выходных линий

При таком варианте одна внутренняя шина +12 В разделяется на несколько выходных линий, причем на каждой линии имеется свое ограничение по силе тока с соответствующей защитой, и это повышает уровень электробезопасности. В характеристиках блока питания будет указано несколько выходных линий +12 В с максимальной силой тока и мощностью каждой из них. Впрочем, независимо от их числа, общая мощность внутренней шины +12 В останется неизменной. Возьмем для примера модель MPG A850GF. У нее имеется 4 выходных линии +12 В, питающие материнскую плату, процессор и видеокарту, а их общая мощность составляет 850 Вт.

Различные варианты схемотехники и защитных механизмов будут влиять на максимальную мощность блока питания. Как правило, пиковая мощность больше номинальной в 1,1 раза. При превышении этого порога активируется защита: защита от перегрузки по току или общей перегрузки. Пороговые значения защиты устанавливаются каждым производителем самостоятельно, и для блоков питания с одной выходной линией +12 В их значения практически совпадают. Для устройств с несколькими выходными линиями +12 В защита от перегрузки по току обычно более важна.

В блоках питания MSI серии MPG используется разделение внутренней шины +12 В на четыре выходных линии, и для каждой из них защита от перегрузки по току задана на уровне в 1,35 раза выше, чем ее номинал. Возьмем к примеру модель MPG A850GF. Для каждой выходной линии указана максимальная сила тока в амперах. Умножив это число на лимит перегрузки по току, мы получим максимальную пиковую мощность – столько энергии может получить подключенный к ней процессор или видеокарта. Видеокарты рекомендуется подключать к линиям с большим запасом по току (см. инструкции на нашем официальном сайте ).

Уровень защиты от перегрузки по току

+12VCPU: 25A x 1.35 x 12V = 405W
+12VVGA1: 40A x 1.35 x 12V = 648W
+12VVGA2: 40A x 1.35 x 12V = 648W

Защита от общей перегрузки устанавливается на уровне в 1,35 раза выше, чем номинальная мощность блока питания. Таким образом, кратковременно выходная мощность может доходить до 1147 Вт (850 Вт x 1,35 = 1147 Вт).

Чтобы сымитировать энергопотребление компьютера при игре в разрешениях 4K и FHD, мы воспользовались игровым бенчмарком. Кроме того, мы применили тест AIDA64 + 3DMark D12X, чтобы оценить потребности системы под максимально высокой нагрузкой.

Ниже представлены компоненты, которые мы использовали в наших тестах.

Материнская плата: MEG Z490 ACE
Процессор: Intel i9-10900K (с включенной функцией Turbo Boost)
Видеокарта: RTX 3090 Gaming X Trio
Блок питания: MPG A850GF

По итогам игровых и стресс-тестов мы можем заключить, что среднее энергопотребление не превышает 600 Вт, а пиковое находится в безопасных пределах (для модели MPG A850GF: 850 Вт x 1,35 = 1147 Вт). Хотя компания NVIDIA официально рекомендует использовать для видеокарты RTX 3090 блок питания мощностью 750 Вт, тесты показывают, что 850-ваттный будет более оптимальным выбором.

Модульная конструкция кабелей и персонализация

Кабели блока питания могут быть фиксированными или отсоединяемыми, в последнем случае – все или некоторые из них. Преимуществами полностью модульной конструкции (при которой все кабели можно отсоединить) являются экономия места и удобство прокладки кабелей. Большинство предлагаемых на сегодняшний день блоков питания высокого класса являются полностью модульными.

Модульная конструкция, например, у продуктов MSI серии MPG, также позволяет пользователю персонализировать внешний вид блока питания путем замены кабелей. Для этого нужно лишь знать, к каким именно разъемам они подключаются.

Сертификация энергоэффективности 80 PLUS

80 Plus – это сертификация энергоэффективности (коэффициента полезного действия) блоков питания. В ней предусмотрено шесть уровней. Чем выше уровень, тем выше КПД и больше экономия энергии. Обычно для достижения лучшей энергоэффективности требуется применять более качественные материалы. Ниже указаны требования стандарта «80 Plus» разных уровней, которым должны отвечать соответствующие блоки питания.

В настоящее время большинство блоков питания высшего сегмента обладают сертификацией Gold, а самые мощные модели – Platinum и Titanium. Геймерам вполне подойдет модель стандарта Gold с полностью модульной конструкцией. Хотя модели стандартов Platinum и Titanium могут похвастать лучшим качеством и эффективностью, их цена будет довольно высока. На уровне Gold КПД остается достаточно высоким, а вот цена удовлетворит большинство пользователей.

Блоки питания MPG A850GF, MPG A750GF и MPG A650GF от MSI – это модели стандарта «80 Plus Gold» с модульной конструкцией. Разделение 12-вольтовой шины на несколько выходных линий повышает уровень электробезопасности. Выбирать конкретную модель следует на основе конфигурации и сценариев использования компьютера. В представленной ниже таблице показаны наши рекомендации по выбору блоков питания MSI для сборок с видеокартами NVIDIA GeForce RTX 30-й серии и процессорами Intel/AMD. Данные по энергопотреблению готовящихся к выходу видеокарт AMD будут предоставлены позже.

Любой гайд по выбору БП начинается с утверждения, что блок питания - одна из важнейших комплектующих, экономить на ней нельзя, в противном случае весь компьютер сгорит к японской бабушке, и даже ваш домашний любимец суслик Федор может погибнуть страшной и мучительной смертью.

Это несколько преувеличено. Сейчас не 2000-е годы, и откровенно некачественных и опасных для эксплуатации блоков в продаже, как в те времена, почти нет. Вариант со сгоревшими от БП комплектующими очень маловероятен. Даже в простеньких стоят различные защиты, реализовать их с развитием схемотехники стало гораздо проще и дешевле. При нехватке мощности компьютер при нагрузке будет просто отключаться.

Эти высказывания - не призыв покупать самые дешевые блоки. Все-таки, лучше купить один надежный БП и забыть вообще про этот вид комплектующих на несколько лет.

В данном гайде не будет конкретных рекомендаций, какой блок купить. Рынок очень изменчив, и подобные советы пришлось бы переписывать каждый месяц. Попытаемся определиться с терминологией и разобраться, что же вообще бывает внутри этих железных коробочек с хвостами и как выбрать себе надежный БП.

Основные параметры блоков питания

Форм-фактор

Выбор форм-фактора блока питания определяется корпусом, в котором вы предполагаете разместить комплектующие. Основной форм-фактор для персональных компьютеров - АТХ.

Стандарт АТХ четко оговаривает два габаритных размера для БП - высота 86 мм и ширина 150 мм. В длину блоки могут быть различны.

Этот параметр нужно также учитывать при покупке. Производители корпусов обычно пишут, какой максимальной длины БП можно установить в их корпус.

В продаже есть блоки других форм-факторов - FlexATX, SFX, TFX и даже внешние блоки питания.

Мощность

Общая мощность блока питания - это суммарная мощность по всем линиям. В современном компьютере основная нагрузка приходится на 12 В канал, по остальным линиям стандартный компьютер потребляет не более 50 Вт. Поэтому именно на мощность по каналу 12 В надо обращать основное внимание. В качественных блоках она близка или даже равна общей мощности.

Разъемы

Основной 24-контактный разъем.

Наличествует во всех блоках. Чаще всего представлен в виде разделяющегося на 20-контактный и дополнительные 4 контакта. Это было сделано для совместимости со старыми платами с 20-контактным разъемом. Правда, это платы очень древние, и сейчас таких немного, поэтому постепенно производители блоков переходят к цельному разъему в 24 контакта.

То есть, разъем 20+4 и 24 - одно и тоже.

В разъеме отсутствует один пин. Это не брак. Напряжение -5 В было исключено за ненужностью, а пустой контакт в разъеме остался.

Разъем питания процессора

Разъемы для питания видеокарты

SATA

15-контактный разъем для питания HDD, SSD и прочего.

Molex

4-контактный разъем. Ранее применялся для питания HDD, приводов оптических дисков и прочего. В современном компьютере используется достаточно редко, в основном для питания вентиляторов, реобасов и т. д.

Floppy

Предназначался для питания накопителей на гибких магнитных дисках. Сейчас используется очень редко, поэтому частенько представлен в виде переходника Molex-Floppy.

Кабели

Бывают блоки с отстегивающимися кабелями (модульная конструкция) или жестко закрепленными.

Отстегивающиеся кабели удобны тем, что неиспользуемые можно убрать, чтобы они не захламляли внутреннее пространство корпуса и не мешали охлаждению. Полностью модульные БП удобны еще при снятии блока для чистки, например.

Не нужно для этого вытаскивать проведенные под поддоном корпуса кабели.

К минусам модульной системы относят вероятность плохого контакта в разъемах. Пайка действительно в данном случае надежнее. Впрочем, какого-то массового выгорания контактов у модульных БП так до сих пор и не случилось, хотя единичные случаи есть.

Система охлаждения

Бывает трех видов:

1) Активная. Во время работы блока вентилятор вращается постоянно.

2) Полупассивная. При низких нагрузках вентилятор не работает.

3) Пассивная. Вентилятора нет.

Блоки питания с пассивным охлаждением редки и очень дороги. Наиболее оптимальны блоки с полупассивным охлаждением. Во-первых, это положительно сказывается на ресурсе вентилятора. Во-вторых, даже в корпусе с противопылевыми фильтрами пыль есть, а при работе вентилятор засасывает ее внутрь блока, где она оседает на радиаторах и деталях, ухудшая охлаждение.

В вентиляторы ставят подшипники скольжения, качения и гидродинамические. Для использования в блоках питания предпочтительнее последние - они более долговечны, и именно поэтому в топовых БП стоят вентиляторы с гидродинамическими подшипниками.

Вентиляторы в основном встречаются типоразмера 120 или 140 мм. Маленькие, размером 80 мм, которые встраивались в переднюю или заднюю стенку, ушли в прошлое, сейчас встретить такой блок в продаже трудно.

Также в вентиляторы в последнее время стали встраивать подсветку.

Корректор мощности

Мощность бывает активная и реактивная. Активная - полезная, передаваемая в нагрузку, а реактивная - бесполезная, которая впустую нагревает провода.

В Европе и многих других странах запрещено продавать БП без коррекции мощности, поэтому установка схем PFC - не инициатива производителей блоков. Как любая дополнительная схема, она потребляет энергию, уменьшает КПД, усложняет и удорожает конструкцию.

Для компенсации реактивной мощности в БП существуют две схемы: активная (APFC) и пассивная.

Пассивная это банальный дроссель огромных размеров. Таким образом часто дорабатывались БП, в которых корректор изначально не был предусмотрен.

Активная более сложна в реализации, но более эффективна. Во всех современных блоках используется только APFC.

У нас в России бытовые счетчики считают только активную мощность, поэтому обычному пользователю никаких плюсов от наличия корректора нет, разве что нетребовательность к уровню входного напряжения. Блоки с активным корректором могут работать в широком диапазоне - от 90 до 250 В, что приятно, если у вас нестабильное напряжение в сети.

С другой стороны, блоки с APFC могут конфликтовать с UPS. Поэтому к подбору источника бесперебойного питания надо подходить с особой тщательностью.

Сертификат 80 Plus

Данный сертификат характеризует энергоэффективность блоков питания или его КПД (отношение полезной энергии к общему количеству потраченной).

Известный миф: Если заявленная мощность блока 500 Вт, а его КПД - 80%, то он может выдать лишь 500*0,8=400 Вт. Неверно - блок выдаст все 500 Вт, а потребление от сети составит 625 Вт. То есть, 125 Вт будет потреблять сам БП.

Сертификация 80 Plus классифицируется по уровням. Начальный уровень - просто 80 Plus. Блок с таким сертификатом имеет на корпусе значок белого цвета.

Далее в порядке возрастания идут Bronze, Silver, Gold, Platinum, Titanium.

Список сертифицированных блоков можно найти тут.

Сертификация блока процедура недешевая, поэтому для бюджетных моделей частенько ей пренебрегают. Иногда даже придумывают собственные значки, внешне похожие на официальные.

Отсутствие какого-либо сертификата говорит либо о низком КПД (то есть, безнадежно устаревшей схемотехнике блока), либо о бережливости производителя. Вы четко должны понимать, что в таком случае покупаете продукт на котором жестко экономили, и ладно, если только на сертификации.

Поэтому, лучше обращать внимание на БП, имеющие хотя бы бронзовый сертификат.

Чем выше сертификат блока, тем выше его КПД, меньше энергопотребление (и ваши счета за электроэнергию), меньше нагрев и, с очень большой вероятностью - шум.

Итак, как выбрать БП?

Первый шаг

Определиться с мощностью.

Сделать это можно несколькими путями:

1) Посчитать мощность с помощью онлайн-калькуляторов (раз, два). Они почти не врут, разве что имеют тенденцию к незначительному ее завышению, что некритично.

2) Посчитать мощность самому, сложив заявленные производителем характеристики комплектующих. Не самый верный путь, ибо производители вместо реальной потребляемой мощности часто указывают TDP (требования по теплоотводу), а они могут сильно отличаться от реальности.

3) Поискать в интернете обзоры на компьютеры со сходной комплектацией, в которых есть измерение общей потребляемой мощности. Не обязательно искать точно такую же конфигурацию компьютера, как у вас. Основные потребители в современном ПК - процессор и видеокарта.

Брать БП с избыточной мощностью незачем. Это просто лишняя трата денег.

Второй шаг

Определиться с количеством разъемов и необходимой длиной кабелей.

В просторных корпусах необходимо учитывать, что вам могут понадобиться кабели большой длины , особенно для подключения питания к материнской плате. При покупке бюджетной модели надо обращать особое внимание на этот параметр, ибо у них часто нигде это вообще не указано. Большинство корпусов имеют нижнее расположение БП, что требует довольно большой длины кабелей, особенно основного и для питания процессора. Тут уж, как говорится, десять раз измерь (если корпус у вас уже есть) и десять раз спроси на форумах.

Если у вас в компьютере игровая видеокарта (ну, или вы так считаете), то необходимо иметь как минимум два разъема на 6+2 контакта. Даже если на видеокарте у вас всего один. Ибо видеокарта в компьютере все же апгрейдится чаще, чем БП. Можно использовать переходники, но рекомендовать такое сложно. В электронике каждое соединение - потенциальный источник проблем.

Третий шаг.

Определиться с количеством денег, которые вы готовы потратить на покупку данного устройства.

Допустим, у нас уже есть блок питания, мощностью 500-600 Вт, с наличием любого сертификата, начиная от 80 Plus Bronze (как сказано выше, лучше выбирать из блоков с наличием сертификата 80 Plus).

Рассмотрите дополнительные параметры, такие как подсветка (бывает одноцветной, или многоцветной с различными эффектами), система охлаждения (активная, полупассивная, пассивная).

Обращайте внимание на срок гарантийного обслуживания. Гарантия в 7-12 лет чаще всего дается для очень качественно сделанных БП.

Вы уже имеете ценовую вилку для ориентировки, и нам осталось только поставить ограничение в ценах и выбрать из оставшихся одного единственного.

Если выбирать из представленных блоков самостоятельно, то основной совет - не сильно обращать внимание на отзывы, лучше читать обзоры.

Напоследок ответы на частые вопросы пользователей при выборе БП.

Как поменять вентилятор в БП?

Обычно делать это не рекомендуется, тем более если имеется действующая гарантия от производителя. БП - это не процессор, где куча термодатчиков и защит от превышения температуры. В большинстве БП всего один термодатчик (термистор), и тот всего лишь стоит в схеме управления вентилятором, то есть при нагреве выдает сигнал на "интеллектуальную схему управлением скоростью вентилятора", состоящую из менее чем десятка деталей, которая повышает напряжение питания вентилятора. При замене вентилятора на модель с меньшим потоком и скоростью вращения, БП может сгореть.

Что делать, если БП свистит?

Существует такое явление, как магнитострикция. Суть его в том, что при изменении магнитного поля размеры тела тоже изменяются. В электронике этому наиболее подвержены дроссели и трансформаторы. При протекании тока сердечник в таких конструкциях вибрирует с частотой, кратной частоте тока, и издает звуки. Обычно преобразователи в БП специально рассчитывают на частоты выше верхнего диапазона слышимости. Но частенько бывает, что из-за некачественных деталей или брака при сборке такой свист появляется.

Солидные производители при подтверждении данной проблемы в СЦ обычно меняют такие блоки по гарантии. Хотя, чаще всего такой блок может без проблем работать со свистом несколько лет без всякого ущерба для комплектующих. Добиться его замены от малоизвестного производителя может быть затруднительно, ибо подобный шум никак не регламентируется, а выходные параметры напряжений у блока, как сказано выше, могут быть в рамках стандарта.

Что такое АТХ 12V, EPS 12V и прочие стандарты?

Стандарт АТХ 12V - часть стандарта АТХ, относящаяся к блокам питания. Разработан компанией Intel. Заменил стандарт АТ, использовавшийся до начала ХХI века.

Существует еще поддержка технологий энергосбережения С6 и С7, согласно которым БП должны поддерживать очень маленький ток по линии 12 В - 50 мА. В то время, как в спецификации АТХ 12V версии 2.3 заявлен минимальный ток 0,5 А. Большинство блоков, даже не сертифицированных для этого, поддерживают такие значения тока. В крайнем случае, можно выключить эти режимы энергосбережения.

Нужно ли гнаться за последней версией стандарта?

Нет. Изменения в стандартах в последние несколько лет незначительны и никак на потребительских свойствах не сказываются.

Имеет ли смысл покупать блоки питания от фирмы, которая сама производит и разрабатывает их?

Есть несколько производителей блоков, самые известные из них: CWT, Seasonic, НЕС, Enermax, FSP, InWin, Delta Electronics. На самом деле, неплохих производителей гораздо больше.

Так стоит ли гнаться за блоками именно этих производителей и под родной маркировкой? Нет.:

1) БП с другой наклейкой на корпусе может стоить существенно меньше при том же качестве.

2) Некоторые фирмы выпускают измененные (и часто в лучшую сторону) модели ОЕМ-производителей.

Надо ли обращать внимание на наличие защит в БП?

На их заявленное производителем наличие обращать внимание не стоит.

Основные защиты оговорены в стандарте АТХ12V. Теоретически, если блок соответствует стандарту, они в нем должны быть. Практически - в дешевых блоках на них часто экономят. Да и сами защиты представляют собой немного не то, что думает об этом рядовой пользователь.

ОТР - защита от превышения температуры.

Чаще всего реализована с помощью датчика, который установлен в одном, самом удобном с точки проектировщика, месте.

Но дело в том, что конструкция блока питания предполагает множество греющихся элементов, которые рассредоточены по всей плате. Таким образом, при локальном перегреве в точке, где нет датчика, блок сгорит.

OVP/UVP - защиты от пониженного и повышенного напряжения.

Обычный пользователь думает, что если выходные напряжения выйдут за пределы стандарта, то блок питания выключится, защищая подключенное оборудование. В реальности чаще всего за это отвечает микросхема супервизора (английское слово supervisor правильнее произносить как супервайзер, но у нас прижилось упрощенное произношение в отношении подобных микросхем).

Давайте посмотрим документацию на довольно часто используемую микросхему PS113. Порог срабатывания защиты от превышения напряжения по 12 В каналу: типовое значение - 13,8 В, максимальное - 14,4 В. Стандарт АТХ12V предусматривает отклонение не более 5% (12,6 В).

Это, скорее, защита самого БП при возникновении неисправностей от его полного выхода из строя, а никак не защита ваших комплектующих от повышенного напряжения. Аналогично с пониженным.

Несмотря на наличие кучи надписей на коробке о защитах, есть ли они реально и насколько грамотно реализованы, никто вам не скажет.

Наиболее необходимая - защита от короткого замыкания. И она должна быть на всех выходных линиях. В крайнем случае, можно закрыть глаза на ее отсутствие на линии 3,3 В, так как на доступных пользователю контактах ее почти нет (она только в основном 24-контактном разъеме есть).

У какой фирмы самые лучшие блоки питания?

Нет такой фирмы. У каждой есть как удачные модели, так и неудачные, так что ориентироваться на конкретного производителя не стоит.

Когда мы включаем источник в первый раз, напряжение требует времени от 0,01 до 0,09 секунды, чтобы достичь всех выходов, с течением времени это напряжение будет увеличиваться, пока не достигнет правильного значения.

Остальные средства защиты, которые мы увидим в будущем, работают более или менее, как следует из названия.

OCP (защита от перегрузки по току)

Как видно из названия, это защита, которая действует при превышении определенных уровней тока в схеме источника. Эта защита работает с помощью интегральной схемы и шунтирующего резистора, контролирующего ток. Эти две схемы приводят к тому, что при обнаружении слишком большого скачка тока блок питания немедленно отключается.

UVP (защита от пониженного напряжения)

Являясь одним из наиболее распространенных средств защиты почти во всех источниках питания, он работает так же, как и предыдущий. Как только схема обнаруживает, что ток слишком низкий, она отключает источник.

OVP (защита от перенапряжения)

В отличие от предыдущего случая, если напряжение в линии превысит допустимые значения, установленные производителем, источник автоматически отключится. Эти значения не допускают более 30% на линии + 12В и до 40% на линии + 5В.

SCP (защита от короткого замыкания)

Это наиболее распространенная защита среди всех источников питания. Как следует из названия: в случае короткого замыкания эта функция отвечает за предотвращение повреждения компонентов самого источника и вашей системы.

OPP (защита от перегрузки по мощности)

В случае, если система слишком велика и требует больше мощности, чем может поддерживать источник, эта защита будет активирована путем выключения оборудования. Этот параметр установлен производителем, у некоторых запас на 50-100 Вт больше итогового.

OTP (защита от перегрева)

Как видно из названия, когда датчик температуры обнаруживает чрезмерно высокий избыток тепла (либо из-за чрезмерной грязи, либо из-за неисправности вентилятора), источник немедленно отключается, чтобы избежать большего зла.

Это основные средства защиты, которые включают в себя наши блоки питания.

Защиты блока питания: OVP/UVP/OPP/SCP/SIP Reviewed by Admin on июня 01, 2021 Rating: 5

Короткое замыкание (и перегрузка, как частный случай), являются самой опасной аварийной ситуацией при эксплуатации блока питания. И дело не только в повышенной вероятности выхода из строя элементов силовой цепи БП. Термическое действие многократно выросшего тока может привести к возгоранию изоляции проводников и дальнейшему развитию пожара.

У мощных БП также могут возникнуть значительные динамические усилия в токоведущих элементах, исходом которых будет смещение проводников и их механическое повреждение. Поэтому защита от КЗ для источников питания – не роскошь, а насущная необходимость.

Принцип работы защиты от короткого замыкания

Большинство схем представляют собой отдельный узел, который можно применить в любом устройству (с поправкой на номинальный ток). Его можно встроить в уже имеющийся блок питания или собрать в отдельном корпусе.

Короткое замыкание сопровождается двумя явлениями:

увеличение тока;
снижение напряжения (чем ближе к месту КЗ, тем больше снижение, а в месте короткого замыкания оно равно нулю).

Большинство устройств защиты используют первый признак. Датчиком тока обычно служит резистор с номиналом от нескольких сотых до единиц Ом. Проходящий ток создает пропорциональное падение напряжение на шунте – чем больше ток, тем больше напряжение. Схема сравнения сравнивает это напряжение с заданным уровнем, и, при достижении порога, дает сигнал на размыкание ключевого элемента, ток прерывается. Узел индикации подает световой или звуковой сигнал о срабатывании защиты. Недостаток такого решения – КЗ может произойти до места установки измерительного шунта, и тогда защита не сработает.

В импульсных блоках питания с ШИМ-регулированием защита может быть построена несколько по-другому.

Типовая схема защиты импульсного БП с ШИМ-регулированием.

Ток измеряется непосредственно в цепи импульсного трансформатора. Напряжение так же сравнивается с заданным значением, при превышении происходит воздействие на ШИМ-регулятор. Генерация либо прекращается полностью, либо напряжение снижается до безопасного уровня. Минусом является ограниченная область (только БП с PWR-регулированием) и привязка к конкретной схемотехнике БП. Зато сверхток контролируется на всех участках силовой цепи.

Примеры схем и их описание

Схемы защиты блока питания от замыкания на выходе или перегрузки строятся на разной элементной базе. Их можно разделить по типу применяемого в качестве ключа элемента.

На биполярном транзисторе

Схема защиты от сверхтока на биполярном транзисторе.

Несложную защиту от КЗ можно собрать на биполярном транзисторе. В качестве измерительного шунта применено сопротивление на 0,5 Ом.

В исходном положении транзистор T1 открыт (через резистор R1). Транзистор T2 закрыт. При увеличении тока через шунт и достижения на нем напряжения, достаточного для открывания транзистора T2, на базе T1 напряжение падает почти до нуля, он закрывается, прерывая ток. При этом загорается светодиод, сигнализируя о КЗ. При уменьшении тока ниже предела, схема возвращается в исходное положение.

При напряжении БП выше 25 и ниже 8 вольт, возможно, придется подобрать резистор R1 так, чтобы ключевой транзистор был надежно открыт. Резистор R3 можно применить готовый керамический или сделать из нихрома.

Ток срабатывания устанавливается подбором сопротивления шунта – чем оно выше, тем при меньшем токе сработает защита. Также на ток срабатывания влияет сопротивление резистора R2 и коэффициент усиления транзистора T2, в качестве которого может быть применен любой маломощный прибор структуры n-p-n. Рабочий ток ограничен наибольшим током коллектора ключа, в качестве которого может быть применен мощный транзистор n-p-n.

Тип транзистора	Максимальный ток коллектора, А
КТ819	10
КТ729А(Б)	30(20)
2N5490	7
2N6129	7
2N6288	7
BD291	6
BD709	6

Врожденный недостаток подобного схемотехнического решения – через ключ течет полный ток нагрузки (и ток КЗ до момента закрывания транзистора). Поэтому ключевой элемент надо устанавливать на радиатор соответствующих размеров.

На полевом транзисторе

Этот недостаток можно несколько сгладить применением в качестве ключа полевого транзистора. Его сопротивление в открытом состоянии заметно ниже, значит, и рассеиваемая на нем мощность также меньше. Да и ток нагрузки ограничивается в меньшей степени.

Здесь ключ находится в отрицательной шине выходного напряжения. В исходном положении полевой транзистор открыт напряжением, поступающим через светодиод. Ток в этой цепи очень мал, светодиод не светится. Транзистор Т2 закрыт. При увеличении тока потребления напряжение на шунте R1 начинает расти, когда оно увеличится до уровня открывания Т2, ключ T1 закроется, а ток через светодиод увеличится, индицируя об активации защиты. Уровень срабатывания регулируется выбором сопротивления шунта.

Ток защиты можно настраивать и изменением сопротивления R4. Если вместо него установить потенциометр, можно сделать регулируемую защиту по току. Использовать в качестве R1 переменный или подстроечный элемент нельзя.

Транзистор T2 любой маломощный. Т1 должен быть рассчитан на полный ток нагрузки. Можно применить транзисторы из таблицы или другие подходящие по току и напряжению.

Тип транзистора	Максимальный ток стока, А
IRFZ40	50
IRFZ44	41-55 (в зависимости от исполнения)
IRFZ46	46-55 (в зависимости от исполнения)
IRFZ48	61-72 (в зависимости от исполнения)

Если рабочий ток превышает 8..10 ампер, ключ надо установить на радиатор.

На тиристоре

Если нет мощного транзистора, защиту можно собрать и на тиристоре. Особенности данной схемы:

используется второй признак короткого замыкания – снижение напряжения;
защита работает в цепи выпрямленного (пульсирующего) напряжения (без сглаживающих конденсаторов).

Вторая особенность обусловлена тем, что тиристор выключается во время очередного снижения напряжения до нуля в конце полупериода. При постоянном напряжении он не закроется, пока не будет отключена нагрузка (или не выключится блок питания). Поэтому сфера применения этой схемы ограничена трансформаторными зарядными устройствами (аккумуляторам сглаживание напряжения не нужно).

Во время работы схемы, в начале каждого полупериода напряжение на делителе P1R4 возрастает, транзистор Т1 открывается, подавая напряжение на управляющий электрод тиристора. VS1 тоже открывается, пропуская полуволну синусоиды в нагрузку. Когда напряжение спадает, транзистор закрывается. Закрывается и тиристор, ведь в момент перехода через ноль ток через него падает до уровня, меньшего тока удержания. В новом полупериоде все повторяется снова. Если в результате КЗ напряжение на выходе снизится, транзистор не сможет открыться, не откроется и тиристор. Когда ток упадет номинального уровня, напряжение на выходе восстановится, и тиристор вновь откроется. Ток (точнее, напряжение) срабатывания устанавливается потенциометром Р1.

Импульсный блок питания – подборка схем для самостоятельного изготовления

К недостаткам схемы можно отнести низкое быстродействие – если замыкание произойдет в начале полупериода, до отключения придется ждать его окончания – это 0,01 секунды (плюс время срабатывания тиристора), что достаточно много. Другая проблема – если замыкание произойдет в электрически удаленной точке и мощность источника будет высокой, необходимого снижения напряжения может и не произойти. Кроме того, снижение напряжения может произойти и не по причине сверхтока, и произойдет ложное срабатывание.

На реле

Несложную защиту моно выполнить на одном электромагнитном реле. Ее особенность в том, что реле является измерительным органом, пороговой схемой и ключевым элементом одновременно.

В исходном положении контакты реле находятся в положении, указанном на схеме. Положительная шина разомкнута, напряжения на выходе нет. При нажатии на кнопку S1 реле срабатывает, перекидной контакт переключается и обмотка реле самоблокируется во включенном положении. Загорится зеленый светодиод.

При возникновении короткого замыкания или перегрузки, достаточной для просадки выходного напряжения, напряжение снизится до уровня ниже напряжения удержания реле (оно всегда ниже напряжения срабатывания), реле отпустит, напряжение на потребителе исчезнет, зеленый светодиод погаснет, а красный загорится. Схема вернется в исходное положение, а для подачи напряжения на выход потребуется вновь нажать кнопку.

Кроме недостатков, характерных для всех схем, отслеживающих падение напряжение в результате сверхтока, данное решение имеет свои минусы. Ток срабатывания невозможно настроить - только подбором реле. Для выбора надо иметь запас элементов. Второе – точность настройки уровня отключения будет низкой. Ток срабатывания зависит от состояния механической части реле – упругости пружины, трения в поворотном механизме якоря и т.п. А оно может меняться при воздействии окружающей среды или просто со временем. Также следует учитывать механический износ и подгорание контактов реле при многократных срабатываниях.

Для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.

Приведенные схемы не являются исчерпывающими. В литературе и интернете можно найти и другие узлы, но рассмотренные принципы построения являются базовыми, и понимание их работы позволит разобраться и в работе других, более сложных схем.

Читайте также: