Вступление

Для оценки блока питания может использоваться много приемов, но вам не кажется, что многие из них ничем не отличаются от того, что пропагандируется средствами вещания? А именно, являются рекламой. Можно понять производителей, их задача заинтере..., о чем это я? – продать свой товар. И чем меньше предоставляется конечному пользователю достоверной информации, тем лучше. Хотя сразу возникает вопрос – кому от этого лучше? Увы, не потребителю этой продукции, не нам с вами. Так что вынужден извиниться за обилие технической информации, которую подчас сложно сразу охватить неподготовленному читателю.

Пройдет некоторое время, накопится опыт и специфические знания по тематике, и вам станет четче заметна разница между различными типами и конкретными моделями тестируемых устройств. Это позволит выбрать как раз то, что нужно именно вам. На этом вопрос «переизбытка ненужной цифири» позвольте закрыть, хотя бы временно.

Что есть, и стоит ли это есть

Для оценки блока питания существует много приемов, но методики тестирования БП в русскоязычном сегменте интернета в большинстве своем состоят из следующих разделов:

• Внешний вид коробки и упаковки;
• Внешний вид кабелей;
• Картинки блока питания с разных ракурсов;
• Вид БП со снятой крышкой, несколько видов на используемые компоненты и конструктивные решения;
• Построение «Комплексной нагрузочной характеристики»;
• Измерение КПД и «Коэффициента мощности»;
• Измерение уровня шума;
• Выводы.

Данный набор не является фиксированным, часть пунктов может отсутствовать или оказаться несколько модифицированными, но суть остается прежней. Даже беглый просмотр приведенных пунктов заставляет задаться вопросом – а тестирование-то где? Называли бы уж прямо – «обзор и реклама». Давайте пройдемся по каждому разделу, вдруг что-то действительно важное было упущено?

Внешний вид

Бывают разные изделия. Какие-то призваны услаждать взор, другие служат чисто утилитарным целям – обеспечивать работоспособность устройства.

Что касается блоков питания, то они используются только в составе системы и об их существовании пользователь может вспомнить лишь в момент очередной модернизации ПК, да и то не всегда. А до тех пор конкретный блок лишь число в спецификации оборудования и пользы от него ровным счетом никакой. При сборке можно заложить очень мощный «фирменный» БП и он прослужит ровно столько же, сколько и просто «добротный» – весь период времени жизни системного блока. Впрочем, данная характеристика скорее относится к «техническим» свойствам устройства. Что до «внешнего вида», то его целесообразность такая же, как у хряка в стразах, тьфу, БП в стразах.

Однако стоит отметить, что существует небольшой класс пользователей, увлекающихся моддингом. Различного вида подсветки, специальные прозрачные корпуса системных блоков – для всего этого весьма подходит гармонично выполненный и стильный тип корпуса БП. Но, увы, при этом не надо забывать, что в большинстве своем внутреннее обустройство системного блока выполняется в стандартных цветах «металлик» и БП черного или синего цвета будет лишь выпячиваться на фоне других компонентов. Короче говоря, внешний вид блока может быть и важен для (крайне незначительной) части покупателей, все остальные вынуждены оплачивать дизайнерские изыски компании-производителя из своего кармана.

Что до оформления коробки устройства, то смысла в ней еще меньше. Существуют полезные новшества, например, ручки для переноски или специальный корпус/упаковка из какого-нибудь благородного материала. Это неизбежно вызывает взрыв зависти у всех тех, кто не может позволить себе приобрести бессмысленно дорогую модель. Остается лишь понять, к какой стороне вам хочется быть отнесенным – тех, кто восторгается функцией, которой воспользуется один лишь раз и забудет о ней, или к другой стороне, не ставших тратить на это свои деньги.

Позвольте оценить полезность внешнего вида как «не важно» и не тратить на него ни свое, ни ваше время.

Внутреннее устройство блока питания

Знаете, всегда интересно посмотреть «что внутри коробки» и блоки питания в этом качестве очень любопытны. Большая мощность и крайне ограниченный объем порождают весьма изысканные конструктивные решения. Но что может полезного сообщить осмотр достопримечательностей? Наличие конденсаторов известных фирм повышенного качества? Или особо развитую сеть теплоотводящих элементов?... Или меру (не)удачности схемного решения? Пройдемся бегло по этим пунктам.

«Японские/твердотельные конденсаторы».

Хорошие конденсаторы значат очень много для блока питания. Скорее даже так – их срок службы, который может оказаться меньше ожидаемого пользователем, зависит только от скорости деградации свойств конденсаторов.

Причин здесь две – практически во всех БП конденсаторы работают либо на предельном уровне тока, либо превышают этот порог «до» нескольких раз. Типичный пример – конденсатор в выпрямителе 5VSB. Большинство (практически все) блоков питания средне-низкого качества выходят из строя из-за «высыхания» конденсатора в этой цепи. Большой импульсный ток, в несколько раз превышающий предельно допустимый, небольшие размеры, не слишком продуваемое место в топологии БП, влияние рядом расположенного радиатора низковольтной части (наиболее прогретого). Как следствие, «бесплатная помощь» не пропадает зря, конденсатор выходит из строя непозволительно быстро.

Для электролитических конденсаторов существует гарантированное время наработки, которое быстро сходит к «сотням часов» при приближении к предельной температуре и/или превышении максимального импульсного тока (последний вызывает сильный локальный нагрев внутренних структур конденсатора). Можно посмотреть характеристики весьма качественных устройств, которые могут устанавливаться в это схемное решение (однотактный обратноходовой преобразователь).

Возьмем типичное решение, 5VSB с предельным током нагрузки 2 ампера. Средняя скважность преобразователя 25%, что означает повышающий коэффициент *1.5 (цифра условная) тока конденсатора по отношению к выходной величине. Модель:

Форма токов в трех контрольных точках:

• Красный: ток диода;
• Синий: ток конденсатора;
• Желтый: ток нагрузки.

Импульсная форма тока через диод и конденсатор совпадают, различаются они лишь уровнем постоянной составляющей – конденсатор отдает запасенную энергию в момент паузы.

В спектральной плоскости:

Ток через конденсатор превышает выходной ток преобразователя уже на 15% и только для первой гармоники. Следующая гармоника идет с такой же весьма существенной составляющей, как и последующие. При этом следует учесть, что повышенная частота импульсного тока через конденсатор вызывает больший нагрев внутренних структур, чем ток низкой частоты, и его нормируют меньшей величины. К тому же, данная симуляция выполняет усреднение тока, а для правильного анализа требуется выполнять усреднение мощности (среднеквадратическое усреднение) и «действующая» величина тока окажется гораздо выше «+15%».

Впрочем, попробуем забыть эти «мелочи» и просто посмотрим на достаточно качественную (и типичную для БП) серию конденсаторов. Скажем, Teapo серия SC. Температура 105 градусов, рабочая частота 100 КГц – им самое место под данное применение. Номинальное напряжение конденсатора должно быть не менее 6.3 В, но в ответственной цепи это слишком маленький запас – то есть 10 В. Под 2.3 ампера подходит либо 4700 мкФ, либо 6800 мкФ. В любом случае это будет конденсатор диаметром 16 мм и высотой 36 мм. Чем менее «фирменный» конденсатор в данной схеме, тем больше должны быть его геометрические размеры.

Теперь вопрос – вы когда-нибудь видели конденсаторы подобного размера в этой части БП? 16 х 36 весьма крупный конденсатор, не поленитесь дотянуться до линейки. При этом следует учесть, что расчеты составлены для тока нагрузки 2 ампера, а некоторые производители маркируют свои изделия цифрами «3 А», «3.5 А» и даже «4..5 А». Увеличение частоты преобразователя не снижает броски тока через конденсатор, здесь требуется сменить топологию,… которая сразу резко взвинтит цену и увеличит занимаемое место на плате, которого и так вечно не хватает.

Возвращаясь к обсуждаемой теме, хочется поинтересоваться, сколько раз вы видели, чтобы авторы обзоров после представления видов исполнения блока питания хоть как-то отмечали очевидно недостаточную «мощность» конденсатора по цепи 5VSB? При этом позвольте напомнить, конденсатор в этом месте «практически» определяет срок службы всего продукта, это крайне важный параметр надежности. И что? Открывают блок питания только для поиска «японских конденсаторов»... Думаю, с этим вопросом ясно.

Переходим к «твердотельным конденсаторам». Их применение в блоках питания несомненное достоинство конкретной модели – очень сильно возрастает надежность и срок службы устройства. Но, увы, данным конденсаторам свойственны некоторые недостатки, способные снизить качество формируемых напряжений. При исследовании одного БП, в котором на силовой выпрямительной части использовались «твердотельные» конденсаторы, я столкнулся с тем, что блок создавал повышенный колебательный процесс при импульсной нагрузке. Замена конденсаторов на обычные, но качественные, избавила его от данного недостатка.

Иначе говоря, для применения «твердотельных» конденсаторов требуются специальные схемные решения, которые применяются не в каждом случае и «банальная» замена одного типа на другой может принести лишь вред. Здесь можно порекомендовать лишь не западать на «особенные» конденсаторы – это может выйти боком, а пользоваться таким «уродцем» придется именно вам, за ваши же деньги.

«Качественная/развитая система охлаждения».

Если взять два блока питания, в одном из которых будет «дохленький» радиатор, а в другом «густой и раскидистый», какой из двух вы выберете? Логично, что последний, там же больше деталей. С другой стороны, в первом может использоваться синхронный выпрямитель и LLC инвертер, что означает крайне низкий нагрев силовых элементов и банальную ненужность распределенного отвода тепла. Глаза говорят одно, реальное положение дел другое – кому верить? Автору обзора? Гм, а он просчитал эффективность примененного синхронного выпрямителя? Вполне может оказаться так, что «эффективный» синхронный выпрямитель выигрывает у «банального» диодного выпрямителя только при низком токе нагрузки, а при переходе к существенному уровню тока следует откровенный провал.

Критерием в данном случае является не размер радиатора, а его температура. Именно его температура, а не температура выходного воздуха из блока питания, предоставляемая некоторыми авторами обзоров. Короче говоря, у характеристики «размер радиатора» есть смысл только при приведении его температуры, без этого ссылка на развитость системы охлаждения несет такой же технический смысл, как и цвет корпуса БП.

«Удачность схемного решения».

Это очень короткий пункт и, собственно, спорить здесь не о чем. Внешний вид используемых компонентов не отражает величин токов и напряжений, протекающих в них в стационарных и динамических режимах работы. Сюда следует добавить, что простым изменением номиналов нескольких резисторов можно легко «угробить» БП. Надеюсь, у вас нет ощущения, что авторы обзоров по несколько дней изучают работу тестируемой модели с помощью осциллографа и специальной оснастки?

Исследование внутреннего устройства блока питания следует проводить для выполнения следующих целей:

• Осмотр/расчет характеристик (мощности) конденсаторов в силовых цепях и, в особенности, 5VSB;
• Составление карты распределения шин 12 вольт от силового выхода.

О необходимости первого сказано выше, но никто данной глупостью не занимается, а о нужности распределения речь пойдет несколько ниже. Если в блоке питания единая выходная шина 12 вольт, то с подключением особых проблем возникнуть не должно. Но если шин несколько и на каждой введено строгое ограничение, то казусов не избежать. Доходит до того, что свежеприобретенный БП заведомо высокой мощности нельзя подключить к наличествующей конфигурации компьютера – срабатывает локальная защита.

Повторюсь, эти две характеристики снимать надо, в отличие от фотографий разноцветных конденсаторов с разных ракурсов. Вот только, кто это «надо» выполняет? Понятное дело, что цветные картинки увлекательнее и понятнее для основной целевой аудитории. Гм, «понятнее»?

Как итог обсуждения, если разбирать БП для приведения вида внутреннего устройства, то только с приведением анализа используемых компонентов (с цифрами, а не цветом раскраски). Иначе это пустая трата времени.

Комплексная нагрузочная характеристика

Блок питания формирует несколько выходных напряжений и рекомендации ATX/EPS (как и другие) описывают принцип распределения мощности нагрузки по каналам в виде «Cross Loading Graph». Типичный вариант выглядит следующим образом:

 

В блоке несколько выходов и они оказывают влияние друг на друга. При изменении нагрузки по одному выходу следует обеспечивать минимальный-максимальный ток по «альтернативному» каналу. Рекомендации описывают зону и принцип распределения, но не формат представления данных. Идея раскрасить в разные цвета следует вовсе не из рекомендаций ATX/EPS, это самодеятельность авторов обзоров БП. После приведения замеров напряжений по зоне нагрузки, к чему нет никаких замечаний, данные преобразуются в цветовые пятна, которые влияют только на эстетическое восприятие. Технический обзор заведомо технического устройства с эстетическим представлением информации – да, меня это всегда вдохновляло,... чтобы закрыть статью сразу.

Ряд авторов приводит к «КНХ» дополнительно нагрузочные кривые и осциллограммы, что несколько снимает остроту проблемы. Почему же «КНХ» стали нормой для обзоров блоков питания? По нему неподготовленный читатель может сразу понять, хороший БП или нет – если на «КНХ» есть красные пятна, то БП плохой, а если только зеленые – все отлично. И как любой простой вывод он неверен. При эстетическом анализе цветовых пятен не учитывается зона работы блока в реальном компьютере. Если БП представляет в «КНХ» «ровное зеленое поле», то к такой характеристике придраться невозможно, но и наличие «красных пятен» для БП в местах, куда нагрузочная кривая никогда не попадет, ровным счетом ничего не значит.

Без учета этого момента вы можете приобрести либо некачественный БП, либо потратить лишние деньги на то качество, которое никогда не используете. Например, проблему стабильности выходных напряжений можно решить установкой блока заведомо излишней мощности. Это решит проблему с изменением напряжения под нагрузкой, вот только в режиме простоя потребление компьютера окажется несколько выше ожидаемого – мощные БП характеризуются повышенными внутренними потерями. Оптимум это всегда компромисс. Что до самой «КНХ» в ее обычном исполнении, то смысла в ней меньше, чем кажется.

Измерение КПД и «Коэффициента мощности»

КПД – одна из характеристик, которая объективно оценивает качество БП. Если у блока питания высокая эффективность, это означает не только качественные схемные решения (по крайней мере, в силовой части), но и достаточно толстые проводники в соединительных кабелях и низкое выходное сопротивление. Обратное тоже, увы, часто верно – низкий КПД означает,… ну, посредственность для офисной печатной машинки.

Лично у меня нет никаких сомнений в полезности измерения данной характеристики, проблема в другом – когда максимум эффективности фиксируется в области выше 70% нагрузки или ниже 30% для общего уровня КПД выше 80%, то это сразу вызывает сомнение в адекватности средств измерения. К тому же, КПД может меняться только монотонно (возможны лишь резкие провалы), и наблюдение на графиках резких скачков вверх тоже приводит к нехорошим мыслям. В большинстве своем авторы обзоров используют самодельное оборудование, так что вопрос точности измерений остается актуальным.

Коэффициент мощности (КМ) показывает степень похожести тока потребления к напряжению питающей сети, то есть меру его не_реактивности. Забавно, что один из авторов обзоров считает, что значение КМ больше единицы не является чем-то необычным. Впрочем, в самой этой характеристике не так уж и много смысла. Если КМ достаточно высок, больше 0.9, то дальнейшее его повышение пользу не приносит. Положительный эффект может проявиться только при использовании сети передачи цифровых данных через электрическую розетку, но у этой технологии крайне низкое распространение и подбирать все блоки питания всех системных блоков только ради этого было бы крайне накладно, не говоря уже о бессмысленности самого действия.

Почему я поставил вместе КПД и КМ? Некоторые авторы совмещают эту пару графиков на одной диаграмме, и читатель начинает их путать, благо и названия, и значения их очень похожи. Плюс к тому, авторы обзоров дополняют диаграммы хвалебными отзывами о высоком значении КМ – значения которого лишены смысла. Фактически это означает забивание головы читателя ненужной информацией для отвлечения от действительно ценной.

Стоит ли отмечать КМ? При формировании сертификата «80+» приводится лишь одно значение КМ при половинной мощности нагрузки БП. Что же, видимо, это и есть критерий разумности. Неподготовленный читатель зачастую не сможет самостоятельно оценить меру важности представляемой информации, поэтому если и приводить графики КМ, то с явным указанием о ее низкой значимости при его достаточно высоком уровне.

Измерение уровня шума

Как и по КПД, у меня нет никаких возражений по факту измерения данной характеристики. Сейчас, как и в дальнейшем, будут строиться тихие компьютеры, а потому оценка уровня шума составляющих системного блока представляется весьма актуальной.

Но и здесь есть подводные камни – в блоке питания вентилятор управляется в зависимости от температуры некоторых компонентов (чаще всего радиатора выходных выпрямителей) и изменение температуры окружающей среды «смещает» характеристику. Если проще, «тихий» по обзорам БП может оказаться совсем не тихим в системном блоке конечного пользователя.

По этому поводу EPS приводит следующие рекомендации:

 

Иначе говоря, если в блоке питания используется активное управление скоростью вращения крыльчатки вентилятора, то его тестирование должно производиться при повышенной и контролируемой температуре окружающего пространства (подаваемого воздуха), все другие варианты измерения представят заведомо неверные результаты.

Кроме измерения уровня шума следует производить анализ спектра. В последние несколько лет компьютеры наполнила «пищащая» продукция. Что интересно, данная беда волнует только конечных пользователей – ни авторам обзоров, ни производителям нет до нее дела. Причем, если БП издает «писк», то этот дефект не является гарантийным случаем и устройство возврату/обмену/ремонту не подлежит. А попытка прямого измерения «писка» может окончиться неудачей – кривая взвешивания «А» несколько подрезает ВЧ-составляющие спектра и происходит дополнительное снижение показаний из-за нестабильного характера звучания.

Выводы

Итак, в типичной статье приводится внешний вид и внутреннее хозяйство БП, проводятся три теста (КНХ, измерение акустики, КПД/КМ), и все. И все? Что это значит? Блок питания современного компьютера используется для питания лампочек? Что, больше нет ничего, что требуется от БП? Смайлик рукалицо.

Блок может не обеспечивать работу высокоэффективных процессоров (история совместимости моделей БП с Haswell еще актуальна), отличиться низкой устойчивостью к нестабильности сети или помехам в ней, оказаться плохо или полностью несовместимым с системами бесперебойного питания, да и вообще обеспечивать низкое качество выходных напряжений. Чем сложнее и совершеннее становится компьютер, тем дальше он отходит от свойств «лампочки». Динамическое потребление с высокой скоростью и большим пик-фактором стало нормой, вот только схемные решения в блоках питания никак на это не реагируют, да и в рекомендациях (EPS) это отражается весьма слабо.

Как следствие, на современный компьютер ставится блок питания каменного века с соответствующими последствиями – странными вылетами, перезагрузками и прочими радостями жизни. Зачастую в современном ПК используется разгон, да и некоторые компоненты бывают с низкой совместимостью друг с другом, поэтому в «глючной» работе системы подчас трудно определить истинного виновника проблемы. Это может быть и не БП, но в данной статье речь идет о тестировании блоков питания – тест должен представлять хотя бы какую-то уверенность, что конкретный продукт обеспечит заданные условия работы.