Лекция №4. Система питания ПК
В поистине огромном объеме литературы, посвященной «железу» персональных компьютеров, как это ни парадоксально, достаточно трудно найти достаточно подробное и толковое описание системы питания персонального компьютера. Обычно указывается наличие «стандартных» источников питания, дающих «стандартные» напряжения, питающие все компоненты компьютера.
В то же время, и специалисты сервисных служб, и опытные пользователи знают, что неприятности, связанные с питанием, по частоте уступают только неприятностям, вызванными неправильной эксплуатацией компьютера. Вообще, житейский принцип «не трогай технику, и она тебя не подведет» позволяет избежать почти всех аппаратных проблем современных ПК. Персональные компьютеры – устройства отработанные, отлаженные, прямо разработанные для эксплуатации пользователями с низкой квалификацией и практически полным отсутствием профессиональных знаний в области компьютерной аппаратуры. Практически, в компьютере почти ничто не может сломаться «просто так, само». Почти ничто… кроме источника питания.
Хотя большинство компьютерных энтузиастов осознают важность блока питания, среднестатистический покупатель ПК обычно не осознает. Многие из тех, кто задумывается о выборе блока питания, обращают внимание лишь на формальную характеристику - мощность блока питания - но попыток убедиться на практике в том, что она соответствует заявленной, такие покупатели обычно не предпринимают. Хотя в этом вопросе огромную роль играют многочисленные нюансы, такие как мощность при пиковых нагрузках, шум блока питания в работе, обеспечение стабильного питания без кратковременных падений напряжения, превышения допустимых значений или нестабильной мощности при высокой нагрузке.
Основная функция блока питания заключается в том, чтобы преобразовать электрическую энергию, доступную из розетки на стене, в ту форму, которую используют компоненты компьютера. Блок питания в стандартном настольном ПК разработан таким образом, чтобы преобразовать любое переменное напряжение 127 В/50 Гц или 240 В/50 Гц в постоянный ток напряжением +3,3 В, +5 В и + 12 В. Некоторые блоки имеют тумблер переключения входящего напряжения (127/240 В), другие же его определяют автоматически.
Кроме основной функции, блок питания персонального компьютера также:
- осуществляет стабилизацию всех напряжений питания ПК и защиту от перепадов напряжения в сети питания;
- будучи оснащенным вентилятором, участвует в охлаждении внутренних компонентов ПК.
Блоки питания для IBM-совместимых компьютеров унифицированы, что позволяет свободно менять блок питания в системном блоке.
Существуют два основных стандарта блоков питания для IBM-совместимых компьютеров: АТ (устаревший) и АТХ (современный).
Блок питания стандарта АТ имел сетевой выключатель в силовой (входной) цепи. Это выключатель обычно монтировался на передней панели системного блока. Однако большинство материнских плат, совместимых со стандартом АТ, имели выход управления блоком питания, а сами блоки питания – соответствующий вход, позволяющий материнской плате включать и выключать блок питания.
Блок питания стандарта AT подключается к материнской плате двумя 6-контактными разъёмами, включающимися в один 12-контактный разъём на материнской плате. К разъёмам от блока питания идут разноцветные провода, и правильным является подключение, когда контакты разъёмов с чёрными проводами сходятся в центре разъёма материнской платы. Цоколёвка AT-разъёма на материнской плате приведена на рис. 4.1.
| - | |||||||||||
| PG | пустой | +12V | -12V | общий | общий | общий | общий | -5V | +5V | +5V | +5V |
Рис. 4.1. Цоколевка разьема питания стандарта АТ
Разъемы оснащались ключом, не позволяющим подключить его неправильно.
Появление микропроцессоров с пониженным напряжением питания (3.3 В вместо 5 В) вызвало необходимость изменения стандарта блока питания. Вследствие этого, в середине 90-х годов появился стандарт АТХ.
Согласно стандарту АТХ (первоначальному, ATX v1.x) блок питания подключался к материнской плате 20-контактным разъемом (см. рис. 4.2.)
Рис. 4.2. Разъем стандарта АТХ.
Затем, с появлением материнских плат с шиной PCI-Express, потребляющей 75 Вт, и процессоров Pentium IV и Athlon 64, использующих для своего питания шину 12 В, а не 3,3/5 В, как ранее, стандарт АТХ был изменен до АТХ12В (в литературе также ATX12V 2.0 или ATX 2.0 ).
Подключение блока питания к системной плате теперь осуществлялось при помощи 24-штырькового разъема (см. рис. 4.3.).
Рис. 4.3. Разъем стандарта АТХ12В.
4 дополнительных контакта у многих блоков питания могут быть съемными, с целью обеспечения совместимости с материнскими платами стандарта АТХ v1. Существуют также материнские платы с 20-контактным основным разъемом питания и дополнительным 4-контактным, установленным рядом с процессором.
Кроме основного разъема, блоки питания имеют также разное количество 4-контактных разъемов для подключения к накопителям на жестких дисках, CD- и DVD-ROM (иногда и к мощной видеокарте), специального вида 4-контактный разъем для дисковода, новые блоки питания имеют также 2 5-контактных разъема для питания SATA-устройств.
Согласно спецификации ATX 2.x, блок питания настольного компьютера должен обеспечивать выходные напряжения ±5, ±12, +3,3 Вольт, а также +5 Вольт дежурного режима (англ. standby).
§ Основными силовыми цепями являются напряжения +3.3В, +5В и +12В. Причем, чем выше напряжение, тем большая мощность передается по данным цепям. Отрицательные напряжения питания −5В и −12В допускают небольшие токи и в современных материнских платах довольно часто не используются.
§ Потенциал −5 В использовался только интерфейсом ISA и из-за фактического отсутствия этого интерфейса на современных материнских платах провод −5 В в новых блоках питания отсутствует.
§ Потенциал −12 В необходим лишь для полной реализации стандарта последовательного интерфейса RS-232, поэтому также часто отсутствует.
§ Современные электронные компоненты используют напряжение питания не выше +5 Вольт. Наиболее мощные потребители энергии, такие как видеокарта, центральный процессор, северный мост подключаются через размещенные на материнской плате или на видеокарте вторичные преобразователи с питанием от цепей как +5В так и +12В.
§ Напряжение +12В используется для питания наиболее мощных потребителей. Разделение питающих напряжений на 12В и 5В целесообразно как для снижения токов по печатным проводникам плат, так и для снижения потерь энергии на выходных выпрямительных диодах блока питания.
§ Напряжение +3.3В в блоке питания формируется из напряжения +5В, а потому существует ограничение суммарной потребляемой мощности по ±5В и +3.3В.
§ Напряжения ±5, ±12, +3,3 Вольт, +5 Вольт дежурного режима используются материнской платой. Для жёстких дисков, оптических приводов, вентиляторов используются только напряжения +5В и +12В.
Блок питания не только вырабатывает необходимое для работы узлов компьютера напряжение, но и приостанавливает функционирование системы до тех пор, пока величина этого напряжения не достигнет значения, достаточного для нормальной работы. Иными словами, блок питания не позволит компьютеру работать при "нештатном" уровне напряжения питания. В каждом блоке питания перед получением разрешения на запуск системы выполняется внутренняя проверка и тестирование выходного напряжения. После этого на системную плату посылается специальный сигнал Power_Good (питание в норме). Если такой сигнал не поступил, компьютер работать не будет. Напряжение сети может оказаться слишком высоким (или низким) для нормальной работы блока питания, и он может перегреться. В любом случае сигнал Power_Good исчезнет, что приведет либо к перезапуску, либо к полному отключению системы. Если компьютер не подает признаков жизни при включении, но вентиляторы и двигатели накопителей работают, то, возможно, отсутствует сигнал Power_Good.
Столь радикальный способ зашиты был предусмотрен фирмой IBM, исходя из тех соображений, что при перегрузке или перегреве блока питания его выходные напряжения могут выйти за допустимые пределы и работать на таком компьютере будет невозможно.
Иногда сигнал Power_Good используется для сброса вручную. Он подается на микросхему тактового генератора. Эта микросхема управляет формированием тактовых импульсов и вырабатывает сигнал начальной перезагрузки. Если сигнальную цепь Power_Good заземлить каким-либо переключателем, то генерация тактовых сигналов прекращается и процессор останавливается. После размыкания переключателя вырабатывается кратковременный сигнал начальной установки процессора и разрешается нормальное прохождение сигнала Power_Good. В результате выполняется аппаратная перезагрузка компьютера.
В компьютерах с форм-факторами системной платы (типа ATX, micro-ATX и NLX) предусмотрен другой специальный сигнал. Этот сигнал, называемый PS_ON, может использоваться программой для отключения источника питания (и, таким образом, всего компьютера). Сигнал PS_ON используется операционной системой (например, Windows 9x), которая поддерживает расширенное управление питанием (Advanced Power Management - APM). Если выбрана команда «Завершение работы» из главного меню, Windows автоматически отключает источник питания компьютера. Система, не обладающая этой особенностью, только отображает сообщение о том, что можно выключить компьютер.