Роль блока питания

Назначение и принципы работы блоков питания

Конструктивные размеры блоков питания

Разъемы питания системной платы

Разъемы питания периферийных устройств

Коррекция коэффициента мощности

Нагрузка блоков питания

Мощность блоков питания

Параметры блоков питания

Расчет потребляемой мощности

Выключать или пусть работает?

Управление питанием

Проблемы, связанные с блоками питания

Ремонт блоков питания

Замена блоков питания

Защитные устройства в сети питания

Батареи RTC/NVRAM

Роль блока питания

Блок питания является одним из самых ненадежных устройств компьютерной системы. Это жизненно важный компонент персонального компьютера, поскольку без электропитания не сможет работать ни одна компьютерная система. Поэтому для организации четкой и ста бильной работы системы необходимо хорошо разбираться в функциях блока питания, иметь представление об ограничениях его возможностей и их причинах, а также о потенциальных проблемах, которые могут возникнуть в ходе эксплуатации, и способах их разрешения. В этой главе речь идет о блоках питания, их устройстве и функционировании, а также о способах устранения неисправностей.

Назначение и принципы работы блоков питания

Главное назначение блоков питания — преобразование электрической энергии, посту пающей из сети переменного тока, в энергию, пригодную для питания узлов компьютера. Блок питания преобразует сетевое переменное напряжение 220 В, 50 Гц (120 В, 60 Гц) в по стоянные напряжения +3,3, +5 и +12 В. Как правило, для питания цифровых схем (системной платы, плат адаптеров и дисковых накопителей) используется напряжение +3,3 или +5 В, а для двигателей (дисководов и различных вентиляторов) — +12 В. Компьютер работает на дежно только в том случае, если значения напряжения в этих цепях не выходят за установ ленные пределы.
Положительное напряжение
Как правило, цифровые электронные компоненты и интегральные схемы компьютера (системные платы, платы расширения, логические схемы дисководов) используют напряже ния +3,3 и +5 В, в то время как двигатели (дисководов и вентиляторов) обычно работают с напряжением в 12 В. Список устройств и их потребляемая мощность приведены в табл. 21.1. Для того чтобы система нормально работала, источник питания должен обеспечивать не прерывную подачу постоянного тока. Устройства, рабочее напряжение которых отличается от подаваемого, должны питаться от встроенных регуляторов напряжения. Например, рабо чее напряжение 2,5 В для модулей памяти RIMM обеспечивается встроенным регулятором тока; процессоры подключаются к модулю стабилизатора напряжения (VRM), который обычно встраивается в системную плату. В некоторых дешевых блоках питания схемы формирования сигнала Power_Good нет во обще и эта цепь просто подключена к источнику напряжения питания на +5 В. Одни систем ные платы более чувствительны к неправильной подаче сигнала Power_Good, чем другие. Проблемы, связанные с запуском, часто возникают именно из-за недостаточной задержки этого сигнала. Иногда бывает так, что после замены системной платы компьютер перестает нормально запускаться. В такой ситуации довольно трудно разобраться, особенно неопытно му пользователю, которому кажется, что причина кроется в новой плате. Но не торопитесь списывать ее в неисправные — часто оказывается, что виноват блок питания: либо он не обеспечивает достаточной мощности для питания новой системной платы, либо не подведен или неправильно вырабатывается сигнал Power_Good. В такой ситуации лучше всего заме нить блок питания.

Конструктивные размеры блоков питания

Габариты блока питания и расположение его элементов характеризуются конструктивными размерами, или формфакторами. Узлы одинаковых размеров взаимозаменяемы. Проектируя компьютер, разработчики либо выбирают стандартные размеры, либо “изобретают велосипед”. В первом случае владелец компьютера всегда сможет подобрать блок питания для своей систе мы. При разработке оригинальной конструкции блок питания получится уникальным, т.е. при годным только для конкретной модели (в лучшем случае — для серии моделей) какого-либо производителя, и при необходимости его можно будет приобрести только в этой компании. Компания IBM постоянно определяет стандарты различных компонентов персональных компьютеров, в число которых вошли и блоки питания. Начиная с 1995 года, все наиболее распространенные формфакторы блоков питания ПК разрабатывались на основе трех моде лей IBM: PC/XT, АТ и PS/2 Model 30. Интересен тот факт, что все три модели блоков питания имели одинаковые соединители и выводы к системной плате. Отличались они главным обра зом формой, максимальной выходной мощностью, количеством разъемов питания для под ключения периферийных устройств и компоновкой выключателя. Блоки питания, созданные на их основе, использовались в персональных компьютерах начиная с 1996 года; в некоторых конструкциях они используются и по сей день. В 1995 году компания Intel представила формфактор ATX, ставший новым этапом для бло ков питания. С 1996 года получивший широкое распространение формфактор ATX приходит на смену предыдущим стандартам IBM. ATX и последующие родственные стандарты имеют раз личные соединители, обеспечивающие подачу дополнительных напряжений и сигналов, тем са мым допуская использование устройств с более высокой потребляемой мощностью и дополни тельными возможностями, которые не поддерживались блоками питания формфактора АТ. Технически блок питания в персональном компьютере представляет собой источник по стоянного напряжения, преобразующий переменное напряжение в постоянное. Используе мый в PC источник питания, в отличие от других типов источников, высокоэффективен, ге нерирует минимальное количество теплоты, имеет небольшой размер и низкую цену.
Замечание
Даже если два источниeа питания имеют один и тот же формфаeтор, они моaoт значительно отличаться kаче ством и эффеeтивностью (КПД). Существует семь основных физических формфакторов блоков питания, которые могут по праву называться промышленным стандартом. Пять из них созданы на основе конструкций IBM, два оставшихся — на основе разработок Intel. В наиболее современных системах ис пользуются только три их разновидности, все остальные считаются устаревшими. Обратите внимание на то, что названия формфакторов блоков питания похожи на назва ния формфакторов системных плат. Тем не менее конструктивные размеры блоков питания скорее относятся к геометрическим параметрам корпусов, чем к размерам системных плат. Это связано с тем, что существует только два возможных типа соединителей (АТ или АТХ), которые могут быть использованы тем или иным формфактором. Например, во всех блоках питания формфакторов PC/XT, АТ и LPX для подключения к системной плате применяется одна и та же пара 6-контактных соединителей, которая может быть использована для подачи питания на любую плату, имеющую одинаковый тип силового разъема. Подключение к системной плате — это одна сторона медали, но для того, чтобы блок питания физически подходил к системе, он должен соответствовать корпусу системного блока. Следовательно, необходимо не забывать о том, что блок питания должен не только подавать питание к системной плате, но и вписываться в тот корпус или шасси, где вы соби раетесь его использовать. Существует множество модификаций блоков питания каждого типа, которые различаются выходными мощностями. В настоящее время практически во всех новых компьютерах ис пользуется формфактор ATX (или же SFX).
Замечание
Описание стандартов PC/XT, AT/Desk, AT/Tower, Baby-AT и LPX можно найти на прилаaаемом kомпаkт-дисkе. Стандарт ATX Стандарт ATX был разработан компанией Intel в 1995 году, но популярность завоевал че рез год, после выпуска персональных компьютеров с процессором Pentium и Pentium Pro. По сле появления на рынке процессоров Pentium II (1997 год) и Pentium III (1999 год) этот тип корпуса стал использоваться повсеместно, заменив Baby-AT. Конструкция ATX выполняет такие же функции, как Baby-AT и Slimline, а также позволяет решить две серьезные проблемы, возникающие при их использовании. Каждый из традицион ных блоков питания персональных компьютеров, применяющихся в PC, имеет два разъема, ко торые вставляются в системную плату. Проблема такова: если вы перепутаете разъемы, то со жжете системную плату! Большинство производителей качественных систем выпускают разъе мы системной платы и блока питания с ключами, чтобы их нельзя было перепутать, но почти все дешевые системы не имеют ключей ни на системной плате, ни в блоке питания. Чтобы предотвратить неправильное подключение разъемов блока питания, в модели ATX предусмотрен новый разъем питания для системной платы. Он содержит 20 контактов и яв ляется одиночным разъемом с ключом. Его невозможно подключить неправильно, поскольку вместо двух разъемов используется один (даже неопытный пользователь ничего не сможет перепутать). В новом разъеме предусмотрена цепь питания на 3,3 В, что позволяет отказаться от преобразователя напряжения на системной плате, который используется для процессора и других микросхем, потребляющих 3,3 В. Для напряжения 3,3 В блок ATX обеспечивает другой набор управляющих сигналов, от личающийся от обычных сигналов для стандартных блоков. Это сигналы Power_On и 5v_Standby (5VSB). Первый из них — это сигнал системной платы, который может использо ваться такими операционными системами, как Windows 9х (они поддерживают возможность выключения и запуска системы программным путем). Это также позволяет применять для включения компьютера клавиатуру. Сигнал 5v_Standby всегда активен и подает на системную плату питание ограниченной мощности, даже если компьютер выключен. Параметры описан ных свойств определяются с помощью программы установки параметров BIOS.
Стандарт NLX
Технические требования NLX, также разработанные Intel, определяют низкопрофильную системную плату, во многом похожую на ATX. Однако в этом стандарте используется мень ший формфактор. Как в предыдущих системах Slimline, системная плата NLX использует вы носную плату для разъемов расширения. Плата NLX также разработана для упрощения дос тупа и обслуживания: ее легко выдвинуть из блока. Формфактор NLX предназначен для заме ны LPX (как формфактор ATX функционально заменил Baby-AT). Технические требования NLX не определяют новый формфактор источника питания, но существует отдельный документ, в котором приведены рекомендации для источника питания NLX. Чтобы источник питания поместился в корпус NLX, он должен соответствовать разме рам формфактора LPX, но в нем должны использоваться разъем с 20 контактами и сигналы напряжения в соответствии со спецификацией ATX (и даже вентилятор должен быть распо ложен как в блоке питания ATX). Хотя иногда можно приспособить источник питания для LPX, некоторые изготовители начали производить источники питания, специально созданные для использования в системах NLX. Стандарт SFX (системные платы micro-ATX) В декабре 1997 года Intel представила уменьшенный формфактор системной платы micro- ATX. Примерно в это же время появился и новый формфактор блока питания SFX, непосред Констрoeтивные размеры блоeов питания 1073 ственно разработанный для этой платы (рис. 21.2). Тем не менее в корпусах micro-ATX вме сто этого блока зачастую использовался стандартный блок питания АТХ. В марте 1999 года Intel выпустила дополнение к спецификации micro-ATX, получившее название flex-ATX. Этот стандарт определял небольшую плату, предназначенную для недорогих компьютеров или устройств, созданных на их основе. Здесь-то и нашли свое воплощение блоки питания формфактора SFX, которые начали использоваться в различных компактных конструкциях. Источник питания SFX специально разработан для использования в малых системах, со держащих ограниченное количество аппаратных средств. Блок питания может в течение дли тельного времени обеспечивать питание при мощности 90 Вт (135 Вт пиковой мощности) в четырех напряжениях (+5, +12, -12 и +3,3 В). Этой мощности достаточно для малой системы с процессором Pentium II, интерфейсом AGP, тремя разъемами расширения и тремя перифе рийными устройствами типа жестких дисков и CD-ROM. Несмотря на то что Intel разработала технические требования к источнику питания SFX специально для системной платы с формфактором micro-ATX, SFX — это отдельный стан дарт, который совместим с другими системными платами. В источниках питания SFX ис пользуется тот же разъем с 20 контактами, что и в стандарте ATX, а также сигналы Power_On и 5v_Standby. Отличия проявляются в расположении вентилятора. Одной из особенностей конструкции SFX является отсутствие выходного напряжения - 5 В, необходимого для использования системной платы ISA (большинство плат формфакто ра micro-ATX и flex-ATX не имеют разъемов ISA). Блоки питания SFX также не имеют сило вых разъемов Auxiliary (3,3 и 5 В) или ATX12V, следовательно, они не должны использовать ся с полноразмерными платами ATX, которые требуют соединений этого типа. Если используется стандартный источник питания SFX, то вентилятор диаметром 60 мм крепится на поверхности корпуса, причем он вдувает холодный воздух внутрь корпуса ком пьютера (рис. 21.3). Вентилятор обдувает источник питания, и через отверстия в задней пане ли корпуса теплый воздух удаляется. Такое расположение вентилятора уменьшает шум, но в то же время обладает недостатками, которые были характерны для систем охлаждения до введения стандарта ATX. В любом случае необходимо использовать дополнительные охлаж дающие элементы на наиболее тепловыделяющих элементах компьютера.

Разъемы питания системной платы

Каждый блок питания содержит специальные соединители, подключаемые к соответст вующим разъемам системной платы, подавая напряжение на центральный процессор, модули памяти и установленные платы расширения (ISA, PCI, AGP). Неправильное подключение разъемов может привести к весьма нежелательным последствиям, вплоть до сгорания блока питания и системной платы. Более подробно разъемы системной платы, используемые раз личными блоками питания, рассматриваются в следующих разделах. Разъемы блоков питания АТ Системные платы промышленного стандарта PC, XT, AT, Baby-AT и LPX используют один и тот же тип разъемов блока питания. Для подключения системной платы используются два 6-контактных разъема питания (P8 и P9) При подключении разъемов P8 и P9 к системной плате всегда следуйте правилу: совме щайте черные провода так, как показано на рис. 21.6. Некоторые производители корпусов и блоков питания делают специальные ключи, которые не позволяют неправильно подключать разъемы питания к системной плате. Такой разъем позволяет подключить питание к систем ной плате единственно правильным способом. Главный разъем питания ATX Новый стандарт для разъемов блоков питания используется только в новой конструкции ATX (рис. 21.7): 20-контактный разъем, разводка которого приведена в табл. 21.4. Расположе ние выводов разъема питания лучше показывать со стороны проводов. Это позволит правильно сориентировать разъем соединителя при его подключении к разъему системной платы. Дополнительный разъем питания ATX С разработкой новых типов процессоров и системных плат появилась необходимость в дополнительном энергообеспечении устройств. В частности, наборы микросхем и модули памяти DIMM требуют напряжения питания 3,3 В, увеличивая тем самым текущую потреб ность в этом напряжении. Кроме того, многие платы включают в себя регуляторы напряже ния, предназначенные для преобразования подаваемого напряжения +5 В в разные уровни напряжений, необходимые для работы процессора. В конечном счете, возросшие потребно сти к выходным напряжениям 3,3 и 5 В привели к увеличению количества и размеров исполь зуемых проводов. Оплавленные разъемы и провода, значительно нагревающиеся во время ра боты, стали встречаться все чаще и чаще. Чтобы справиться с этой проблемой, компания Intel изменила спецификацию ATX, доба вив еще один силовой разъем, используемый для подключения системных плат ATX и раз личных устройств. Этот разъем предназначен для подвода дополнительного питания к сис темным платам, потребляющим электрический ток силой 18 А при напряжении +3,3 В, или более 24 А при напряжении +5 В. Более высокие уровни напряжения требуются обычно в системах, использующих устройства, потребляемая мощность которых от 250 до 300 Вт. Дополнительный разъем, показанный на рис. 21.9, представляет собой 6-контактный разъем Molex-типа, похожий на один из силовых разъемов системной платы, используемых для подключения устройств AT/LPX. Имеющийся ключ позволяет предотвратить неправиль ное подключение.
Необязательный разъем питания ATX
В дополнение к главному разъему питания с 20-ю контактами технические требования ATX определяют факультативный разъем с шестью контактами (две линии — по три контак та каждая) и 22-мя AWG-проводами для передачи сигналов (табл. 21.8). В компьютере эти сигналы могут использоваться для контроля и управления охлаждающим вентилятором, по дачи напряжения +3,3 В на системную плату или подвода питания к устройствам, совмести мым со стандартом IEEE 1394 (FireWire). Со времени первого появления силового разъема АТХ схема расположения выводов из менялась уже несколько раз, и мне приходилось встречать системные платы и блоки питания, поддерживающие различные версии этого разъема. Например, в последнем издании руково дства ATX/ATX12V Power Supply Design Guide, опубликованном компанией Intel, говорится: “Подробное описание дополнительного разъема питания 2?3, упомянутого в спецификации ATX 2.03, будет включено в данное руководство только после точного определения всех сиг налов этого разъема”. Операционная система может использовать сигнал FanC с регулируемым напряжением, чтобы управлять работой вентилятора источника питания, уменьшая подаваемую мощность или отключая ее полностью, когда система бездействует или находится в дежурном режиме. Стандарт ATX определяет, что напряжение +1 В или меньшее требует отключения вентиля тора, в то время как +10,5 В или большее заставляет вентилятор функционировать “в полную силу”. Если источник питания не предусматривает работу вентилятора с переменной скоро стью, любой уровень напряжения выше +1 В на сигнале FanC будет интерпретирован как ко манда запуска вентилятора.

Разъемы питания периферийных устройств

Кроме разъемов, предназначенных для подключения системной платы, блоки питания со держат ряд силовых разъемов для подключения различных периферийных устройств, начиная с дисковых накопителей и заканчивая внутренним вентилятором охлаждения. Рассмотрим различные типы разъемов питания подробнее. Разъемы питания дисковых накопителей и периферийных устройств Разъемы питания дисковых накопителей стандартизированы в соответствии с назначени ем выводов и цветом проводов. Разъемы питания дисковых накопителей и периферийных устройств показаны на рис. 21.13. Схема расположения выводов силового разъема стандартного дисковода и его цветовая кодировка приведены в табл. 21.11. В табл. 21.12 представлена схема расположения выводов силового разъема накопителя на гибких дисках. Обратите внимание, что нумерация выводов и обозначение напряжений этих разъемов обратно противоположны. Будьте особенно осторожны, самостоятельно изготавливая ка бельный адаптер или используя его для подключения разъемов разных типов. Перемена мес тами красных и желтых проводов может привести к повреждению подключенного дисковода или периферийного устройства. Чтобы отыскать вывод 1, внимательно осмотрите разъем: обычно номер указан на пласт массовом корпусе, но бывает настолько мал, что его трудно заметить. К счастью, эти разъемы Первые блоки питания включали в себя только два соединителя с большими разъемами накопителей, называемыми в настоящее время периферийными разъемами. Блоки питания последующих версий содержат уже четыре и более разъемов периферийных устройств (накопителей) и один или два разъема меньшего размера, предназначенных для подключения накопителей на гибких 3,5-дюймовых дисках. Блоки питания, в зависимости от их номиналь ных мощностей и предполагаемого использования, могут иметь до восьми разъемов для под ключения дисководов или периферийных устройств.

Коррекция коэффициента мощности

Несколькими научными институтами были проведены исследования эффективности линий электропередачи и генерирования нелинейных искажений в блоках питания персональных ком пьютеров. Все это относится к вопросу о коэффициенте мощности источников питания. На ко эффициент мощности влияет не только повышение эффективности источников энергии, но и уменьшение генерируемых гармонических колебаний в электрических цепях. В частности, во многих странах Европейского Союза (ЕС) приняты новые стандарты, предусматривающие сни жение уровня нелинейных колебаний до определенной величины. Применяемая для этого схема, как правило, называется коррекцией коэффициента мощности (PFC). Коэффициент мощности (power factor) определяет эффективность использования элек трической энергии и обычно выражается числом между 0 и 1. Большая величина коэффици ента мощности означает, что электрическая энергия используется достаточно эффективно; малая величина коэффициента указывает на низкую эффективность использования энергии. Для того чтобы понять, что такое коэффициент мощности, следует в первую очередь ознако миться со способами использования электрической энергии. В электрических цепях переменного тока существует два типа нагрузки.
-- Резистивная (Resistive). Электрическая энергия превращается в тепло, свет, движение или работу.
-- Индуктивная (Inductive). Электрическая энергия поддерживает созданное электромаг нитное поле, такое, например, как в трансформаторе или двигателе.
Резистивная нагрузка часто называется рабочей мощностью (working power) и измеряется в киловаттах (кВт). В свою очередь, индуктивная нагрузка называется реактивной мощно стью (reactive power) и измеряется в киловольт-амперах (кВ?А). Рабочая и реактивная мощ ность в целом составляют существующую, или фиксируемую мощность (apparent power), измеряемую в киловольт-амперах (кВ?А). Коэффициент мощности определяется как отноше ние рабочей и фиксируемой мощностей (кВт/кВ?А). В идеальном варианте коэффициент мощности равен единице, т.е. рабочая мощность совпадает с фиксируемой. Понять концепцию резистивной нагрузки или рабочей мощности достаточно просто. На пример, электрическая лампочка мощностью 100 Вт генерирует 100 Вт тепла и света, что явля ется резистивной нагрузкой. Разобраться с индуктивной нагрузкой немного сложнее. Пред ставьте себе следующее: электрический ток при прохождении через обмотки катушки транс форматора генерирует электромагнитное поле, которое, в свою очередь, наводит (индуцирует) электрический ток в другой паре обмоток. Никакой работы при этом не производится, но, не смотря на это, определенное количество электрической энергии затрачивается на насыщение обмоток трансформатора и генерирование магнитного поля. Силовой трансформатор, не под ключенный к какому-либо устройству, является примером индуктивной нагрузки. В этом случае есть только фиксируемая мощность, потребляемая для генерирования магнитных полей. Ника кой работы при этом не выполняется, поэтому рабочая мощность отсутствует. В нагруженном трансформаторе одновременно используется как рабочая, так и реактив ная мощности. Иначе говоря, рабочая мощность расходуется на выполнение какого-либо дей ствия (допустим, питания электрической лампочки), а фиксируемая мощность используется для поддержки электромагнитного поля, генерируемого в обмотках трансформатора. В цепях переменного тока рабочие нагрузки могут не совпадать по фазе, т.е. нагрузки достигают мак симальной величины в разное время. Это приводит к появлению нелинейных (гармонических) искажений в линиях электропередачи. Например, работающий электриче ский двигатель зачастую является основной причиной искажения сигнала телевизионного приемника, подключенного к той же силовой цепи.
Коррекция коэффициента мощности (PFC) обычно сводится к включению дополнительной емкости в электрическую цепь, что позволяет поддерживать индуктивную нагрузку без привле чения добавочной мощности из линии электропередачи. Такое решение уравнивает рабочую и фиксируемую мощности, позволяя тем самым достичь коэффициента мощности, равного еди нице. Один из методов, получивший название пассивной коррекции коэффициента мощности, предполагает непосредственное включение конденсаторов в электрическую цепь. Метод актив ной коррекции коэффициента мощности представляет собой более интеллектуальную схему, предназначенную для согласования индуктивных и резистивных нагрузок. Блок питания, содержащий схему активной коррекции, получает из источника переменно го тока электрический ток с незначительным искажением, достигая при этом коэффициента мощности, равного 0,9 и более. Входной сигнал с высоким уровнем искажения, получаемый блоком питания, называется нелинейной нагрузкой. Коэффициент мощности блока питания без учета коррекции, как правило, достигает величины 0,6–0,8. Это означает, что на выпол нение работы используется только 60% фиксируемой мощности!
Я не знаю, как скажется использование источников питания, содержащих схему активной коррекции, на ваших счетах за электричество (это зависит от методов измерения потребляе мой энергии), но нагрузка на внутреннюю электропроводку определенно уменьшится. Благо даря схеме активной коррекции вся электрическая энергия, потребляемая блоком питания, будет преобразована в полезную работу. Перегрузка сети, таким образом, будет уменьшена. Представьте себе ряд компьютеров, подключенных к одной цепи, регулировка которой осу ществляется с помощью прерывателя. При переходе к системе, использующей источник пи тания со схемой активной коррекции, нагрузка на сеть уменьшится примерно на 40%. Международный электрический комитет (МЭК) опубликовал ряд стандартов, относящихся к системе низкочастотного общественного энергоснабжения. Исходные стандарты 555.2 (Harmonics) и 555.3 (Flicker) были значительно усовершенствованы и в настоящее время извест ны как IEC 1000-3-2 и IEC 1000-3-3 соответственно. Большинство электрических устройств, реализуемых на территории государств — членов Европейского Союза (ЕС), должны соответст вовать стандартам IEC, относящимся к электромагнитной совместимости (ElectroMagnetic Compatibility — EMC). Стандарты IEC 1000-3-2/3 были приняты в 1997 и 1998 годах. Даже если вы живете в стране, в которой не нужна коррекция коэффициента мощности (PFC), рекомендую оснащать источники питания ПК схемами активной коррекции. Основ ными преимуществами блоков питания, содержащих схему PFC, являются отсутствие пере грева внутренней электропроводки и искажений формы сигнала источника переменного тока, что приводит к уменьшению взаимной интерференции устройств, подключенных к одной ли нии электропередачи.

Нагрузка блоков питания

В персональных компьютерах используются импульсные, а не линейные блоки питания. В линейном блоке применяется большой встроенный трансформатор для формирования напря жений питания разной величины, а в импульсном — генератор высокой частоты для форми рования различных напряжений питания. Импульсный блок имеет меньшие размеры, мень ший вес и более низкое энергопотребление.
Особенность импульсных блоков питания заключается в том, что они не работают без на грузки, т.е. к источникам +5 В (+12 В) должны быть подключены какие-либо потребители энергии. Если поставить блок питания на стол, ничего к нему не подсоединив, и включить в сеть, то либо внутренняя схема защиты его отключит, либо он перегорит. Как правило, блоки питания защищены от работы без нагрузки и отключаются, но в некоторых дешевых моделях схема защиты отсутствует, и на холостом ходу они моментально выходят из строя. Минимальная нагрузка, необходимая для обеспечения нормальной работы стандартного блока питания IBM AT мощностью 192 Вт, составляет: для источника +5 В — 7,0 А, для ис точника +12 В — минимум 2,5 А. Поскольку накопители на гибких дисках не нагружают источник +12 В, когда их двигате ли не вращаются, компьютеры, в которых нет жестких дисков, работают плохо. Большинст вом блоков питания предъявляются определенные требования к минимальному току нагрузки для источников +5 и +12 В, если же такой нагрузки нет, блок питания отключается. Когда IBM решила выпускать компьютер AT без жесткого диска, ей пришлось подклю- чить кабель питания к большому резистору с сопротивлением 5 Ом и мощностью рассеива ния 50 Вт, смонтированному на небольшой стойке в том самом месте, где должен быть жест кий диск. В корпусе компьютера даже были предусмотрены специальные отверстия для креп ления стойки с резистором. В середине 1980-х годов некоторые торговые фирмы закупали компьютеры AT без жестких дисков, а затем устанавливали в них накопители емкостью 20 или 30 Мбайт, приобретая их у других фирм по более низкой цене, чем у IBM. При этом на грузочные резисторы выбрасывались сотнями. Мне тогда удалось подобрать пару штук (вот откуда стало известно, какие резисторы использовались для этих целей). Они включались между выводами 1 (+12 В) и 2 (Общий) разъема питания жесткого диска. Ток нагрузки 12-вольтного источника при этом был равен 2,4 А, мощность, рассеиваемая на ре зисторе, — 28,8 Вт (представляете, как он нагревался!), но блок питания мог работать нормаль но. Если учесть, что вентиляторы в большинстве блоков питания потребляют ток 0,1–0,25 А, общий ток нагрузки упомянутого источника составлял 2,5 А или чуть больше. Без нагрузочного резистора блок питания либо не запускается, либо работает неустойчиво. Системная плата по требляет ток от 5-вольтного источника постоянно, но двигатели накопителей на гибких дис ках — основные потребители энергии по цепям +12 В — большую часть времени простаивают. Большинство современных блоков питания мощностью 200 Вт не требуют такой большой нагрузки, как первый блок питания IBM AT. Теперь по цепи +3,3 В достаточно тока нагрузки от 0 до 0,3 А, по цепи +5 В — 2,0–4,0 А, а по цепи +12 В — 0,5–1,0 А. Почти все системные платы сами по себе достаточно хорошо нагружают 5-вольтный источник. Как уже не раз от мечалось, стандартный вентилятор потребляет от источника +12 В ток 0,1–0,25 А. Обычно, чем выше предельная мощность источника, тем выше минимально допустимая нагрузка, хотя бывают и исключения, так что всегда обращайте внимание на технические параметры блока. В некоторых высококачественных блоках установлены нагрузочные резисторы. Эти блоки могут работать без внешней нагрузки. В большинстве дешевых моделей нагрузочные рези сторы отсутствуют, поэтому для их работы необходима соответствующая нагрузка по цепям +3,3, +5 и +12 В. Чтобы проверить блок питания отдельно от компьютера, подключите нагрузку к выходам +5 и +12 В. Если вы заранее не подготовились к проверке, то понадобится запасная систем ная плата и накопитель на жестких дисках в качестве нагрузок для источников +5 и +12 В со ответственно.

Мощность блоков питания

Большинство производителей компьютеров предоставляют техническую информацию о блоках питания. Ее можно найти в техническом руководстве, а также на этикетке, приклеен ной к блоку. Если вы знаете название компании — производителя блока питания, обратитесь непосредственно к ней. Входные параметры измеряются в вольтах, а в качестве выходных приводятся токи на грузки (в амперах) для разных номиналов выходного напряжения источника (в вольтах). IBM обычно приводит в качестве выходного параметра мощность в ваттах. Если в документации к конкретному блоку указаны только токи нагрузки в амперах, преобразуйте их в выходную мощность в ваттах, используя простую формулу:
мощность (Вт) = напряжение (В) ? ток (А).
Перемножив напряжения и токи по каждой выходной цепи и просуммировав результаты, можно получить общую (вычисленную) выходную мощность блока питания. В табл. 21.14 приведены стандартные значения выходных параметров (мощности, напря жения и тока нагрузки) для систем различных конструкций. Большинство производителей выпускают серии устройств с различными выходными мощностями в диапазоне 100–450 Вт. В табл. 21.14 приведены номинальные мощности по каждой цепи для блоков питания раз личной суммарной мощности, указанной производителем. В большинстве случаев вычислен ная мощность практически совпадает с указанной в паспорте, но бывают и существенные расхождения. При составлении таблицы использовались каталоги компаний Astec Standard Power и PC Power and Cooling. Новые источники питания вырабатывают также напряжение +3,3 В. В табл. 21.15 приведены параметры различных источников питания ATX, которые вырабатывают напряжение +3,3 В. В большинстве совместимых блоков питания выходная мощность колеблется от 150 до 300 Вт. Блоки малой мощности непрактичны, и при желании вы можете заказать блок пита ния мощностью до 500 Вт, который будет вполне соответствовать вашим потребностям.

Параметры блоков питания

Качество блоков питания определяется не только выходной мощностью. На протяжении нескольких лет мы работали с разными системами. Опыт показывает, что, если в одной ком нате стоит несколько компьютеров и качество электрической сети невысокое (часто пропада ет напряжение, возникают помехи и т.п.), системы с мощными блоками питания работают гораздо лучше систем с дешевыми блоками, устанавливаемыми в некоторых моделях невы сокого класса.
Обратите внимание, гарантирует ли производитель исправность блока питания (и под ключенных к нему систем) при следующих обстоятельствах:
-- полном отключении сети на любое время;
-- любом понижении сетевого напряжения;
-- кратковременных выбросах с амплитудой до 2 500 В (!) на входе блока питания (например, при разряде молнии).
Хорошие блоки питания отличаются высоким качеством изоляции: ток утечки — не более 500 мкА, что бывает важно в том случае, если сетевая розетка плохо заземлена или вовсе не заземлена. Как видите, требования, предъявляемые к высококачественным устройствам, очень жест кие. Разумеется, желательно, чтобы ваш блок питания им соответствовал. Для оценки качества блока питания используются различные критерии. Многие потреби тели при покупке компьютера пренебрегают значением источника питания, и поэтому неко торые сборщики персональных компьютеров сокращают расходы на него. Ведь не секрет, что гораздо чаще цена компьютера увеличивается за счет дополнительной памяти или жест кого диска большей емкости, а не более совершенного источника питания. При покупке компьютера (или замене блока питания) необходимо обратить внимание на параметры источника питания.
-- Среднее время наработки на отказ (среднее время безотказной работы), или среднее время работы до первого отказа (параметр MTBF (Mean Time Between Failures) либо MTTF (Mean Time To Failure)). Это расчетный средний интервал времени в часах, в течение которого ожидается, что источник питания будет функционировать коррект но. Среднее время безотказной работы источников питания (например, 100 тыс. часов или больше) как правило определяется не в результате эмпирического испытания, а иначе. Фактически изготовители применяют ранее разработанные стандарты, чтобы вычислить вероятность отказов отдельных компонентов источника питания. При вы числении среднего времени безотказной работы для источников питания часто ис пользуются данные о нагрузке блока питания и температуре среды, в которой выпол нялись испытания.
-- Диапазон изменения входного напряжения (или рабочий диапазон), при котором мо жет работать источник питания. Для напряжения 110 В диапазон изменения входного напряжения обычно составляют значения от 90 до 135 В; для входного напряжения 220 В — от 180 до 270 В.
-- Пиковый ток включения. Это самое большое значение тока, обеспечиваемое источни ком питания в момент его включения; выражается в амперах (А). Чем меньше ток, тем меньший тепловой удар испытывает система.
-- Время удержания выходного напряжения (в миллисекундах) в пределах точно уста новленных диапазонов напряжений после отключения входного напряжения. Обычно 15–25 мс для современных блоков питания.
-- Переходная характеристика. Количество времени (в микросекундах), которое требу ется источнику питания, чтобы установить выходное напряжение в точно определен ном диапазоне после резкого изменения тока на выходе. Другими словами, количество времени, требуемое для стабилизации уровней выходных напряжений после включе ния или выключения системы. Источники питания рассчитаны на равномерное (в оп ределенной степени) потребление тока устройствами компьютера. Когда устройство прекращает потребление мощности (например, в дисководе останавливается вращение дискеты), блок питания может подать слишком высокое выходное напряжение в тече ние короткого времени. Это явление называется выбросом; переходная характеристи ка — это время, которое источник питания затрачивает на то, чтобы значение напря жения возвратилось к точно установленному уровню. За последние годы удалось дос тичь значительных успехов в решении проблем, связанных с явлениями выбросов в источниках питания.
-- Защита от перенапряжений. Это значения (для каждого вывода), при которых сраба тывают схемы защиты и источник питания отключает подачу напряжения на конкрет ный вывод. Значения могут быть выражены в процентах (например, 120% для +3,3 и +5 В) или так же, как и напряжения (например, +4,6 В для вывода +3,3 В; 7,0 В для вывода +5 В).
-- Максимальный ток нагрузки. Это самое большое значение тока (в амперах), который может быть подан на конкретный вывод (без нанесения ущерба системе). Этот пара метр указывает конкретное значение силы тока для каждого выходного напряжения. По этим данным вычисляется не только общая мощность, которую может выдать блок питания, но и количество устройств, которые можно подключить к нему.
-- Минимальный ток нагрузки. Самое меньшее значение тока (в амперах), который мо жет быть подан на конкретный вывод (без нанесения ущерба системе). Если ток, по требляемый устройствами на конкретном выводе, меньше указанного значения, то ис точник питания может быть поврежден или может автоматически отключиться.
-- Стабилизация по нагрузке (или стабилизация напряжения по нагрузке). Когда ток на конкретном выводе увеличивается или уменьшается, слегка изменяется и напряжение. Стабилизация по нагрузке — изменение напряжения для конкретного вывода при пе репадах от минимального до максимального тока нагрузки (и наоборот). Значения вы ражаются в процентах, причем обычно они находятся в пределах от ±1 до ±5% для вы водов +3,3, +5 и +12 В.
-- Стабилизация линейного напряжения. Это характеристика, описывающая изменение выходного напряжения в зависимости от изменения входного напряжения (от самого низкого до самого высокого значения). Источник питания должен корректно работать при любом переменном напряжении в диапазоне изменения входного напряжения, причем на выходе оно может изменяться на 1% или меньше.
-- Эффективность (КПД). Отношение мощности, подводимой к блоку питания, к вы ходной мощности (в процентах). Для современных источников питания значение эф фективности обычно равно 65–85%. Оставшиеся 15–35% подводимой мощности пре образуются в тепло в процессе превращения переменного тока в постоянный. Хотя увеличение эффективности (КПД) означает уменьшение количества теплоты внутри компьютера (это всегда хорошо) и более низкие счета за электричество, оно не должно достигаться за счет точности стабилизации, независимо от нагрузки на блок питания и других параметров.
-- Пульсация (Ripple) (или пульсация и шум (Ripple and Noise), или пульсация напряже ния (AC Ripple), или PARD (Periodic and Random Deviation — периодическая и случай ная девиация), или шум, уровень шума). Среднее значение пиковых (максимальных) отклонений напряжения на выводах источника питания; измеряется в милливольтах (среднеквадратическое значение). Эти колебания напряжения могут быть вызваны пе реходными процессами внутри источника питания, колебаниями частоты подводимого напряжения и другими случайными помехами.

Расчет потребляемой мощности

Чтобы выяснить, можно ли модернизировать компьютер, сначала вычислите мощность, потребляемую его отдельными узлами, а затем определите мощность блока питания. После этого станет ясно, нужно ли заменять блок питания более мощным. К сожалению, эти расче ты не всегда удается выполнить, потому что многие производители не сообщают, какую мощность потребляют их изделия.
Довольно сложно определить этот параметр для устройств с напряжением питания +5 В, включая системную плату и платы адаптеров. Мощность, потребляемая системной платой, зависит от нескольких факторов. Большинство системных плат потребляют ток около 5 А, но будет лучше, если вы как можно точнее вычислите значение тока для вашей конкретной пла ты. Хорошо, если вам удастся найти точные данные для плат расширения; если их нет, то проявите разумный консерватизм и исходите из максимальной мощности потребления для плат адаптеров, допускаемой стандартом используемой шины.
Рассмотрим для примера типичный современный компьютер. В большинстве настольных сис тем и компьютеров типа Slimline устанавливаются блоки питания мощностью 200 Вт с допусти мыми значениями тока 20 А (от источника +5 В) и 8 А (от источника +12 В). В каждый разъем ши ны ISA можно установить адаптер, потребляющий максимум 2,0 А от источника +5 В и 0,175 А — от источника +12 В. В большинстве компьютеров имеется восемь разъемов. Допустим, что в четы рех из них установлены платы адаптеров. Пример расчета приведен в табл. 21.16. Если в компьютере заполнена только половина разъемов, есть два накопителя на гибких дисках и один накопитель на жестком диске, то в него можно установить дополнительные устройства. Однако при дальнейшей модернизации могут возникнуть проблемы, связанные с питанием. Ясно, что заполнить все разъемы и добавить два или три жестких диска невозмож но из-за перегрузки источника, рассчитанного на +5 В, хотя у источника +12 В резерв еще ос тается. Можно добавить накопитель CD-ROM или второй жесткий диск, не особенно беспо коясь о потреблении тока на этом разъеме, но ток, потребляемый от источника +5 В, будет близок к предельному. Если предполагается значительное расширение возможностей компь ютера, например добавление устройств мультимедиа, то лучше установить более мощный блок питания. Например, блок питания мощностью 250 Вт обеспечивает ток до 25 А от ис точника +5 В и до 10 А от источника +12 В, а в 300-ваттном блоке от 5-вольтного источника можно получить ток до 32 А. Разумеется, с такими блоками питания возможностей расшире ния становится больше, поэтому их обычно устанавливают в полноразмерных настольных системах или корпусах типа Tower, где их “способности” могут оказаться весьма кстати. Ток потребления системных плат от источника +5 В колеблется от 4 до 15 А (иногда эти значения больше). Один процессор Pentium с тактовой частотой 66 МГц потребляет ток 3,2 А, а в компьютерах с двумя процессорами Pentium и тактовой частотой 100 МГц только на процессоры приходится 6,4 А. Процессор Pentium Pro с тактовой частотой 200 МГц или процессор Pentium II c тактовой частотой 400 МГц потребляет ток до 15 А. Если на систем ной плате устанавливают оперативную память емкостью 128 Мбайт или больше, то ток, по требляемый системной платой может возрасти до 40 А.

Выключать или пусть работает?

Вопрос о том, стоит ли выключать компьютер на время перерыва в работе, связан с бло ками питания. Чтобы ответить на него, надо знать некоторые свойства электрических компо нентов и причины выхода их из строя. Учитывая это, а также требования техники безопасно сти и цены на электроэнергию, вы можете сделать вывод сами. Частые включения и выключения компьютера приводят к износу и преждевременному выходу из строя его компонентов. Этот факт довольно хорошо известен, хотя причины его далеко не всегда столь очевидны, как кажется на первый взгляд. Многие считают, что частые включения и выключения вредны потому, что приводят к электрическим перегрузкам. Одна ко чаще всего главная причина кроется в температуре. Компьютер выходит из строя не от электрического, а от теплового удара. При прогреве компьютера компоненты расширяются, а при охлаждении — сжимаются, что уже само по себе является серьезным испытанием. Кроме того, различные материалы имеют разные коэффициенты теплового расширения, т.е. расши ряются и сжимаются в различной степени. Со временем тепловые удары начинают сказы ваться на работе многих компонентов компьютера. Для обеспечения надежности системы ее необходимо максимально оградить от тепловых ударов. При включении компьютера температура его компонентов за полчаса (или за мень шее время) повышается приблизительно до 85°C. При его выключении происходит обратное: компоненты быстро охлаждаются до температуры окружающей среды. Каждый из них рас ширяется и сжимается в различной степени (и с разной скоростью), что приводит к появле нию механических напряжений.
Температурное расширение и сжатие — главная причина отказов компонентов. Корпуса микросхем могут потрескаться, что приводит к проникновению внутрь влаги и ухудшает функционирование их параметров вплоть до полного отказа. Как внутри микросхем, так и на печатных платах возникают обрывы проводников. Компоненты с поверхностным (планарным) монтажом расширяются и сжимаются иначе, чем печатня плата. При этом в местах пайки возникают большие напряжения. Со временем пайка может разрушиться, и контакт пропадет. Компоненты с теплоотводами, например процессоры, транзисторы и ста билизаторы напряжения, могут перегреться и выйти из строя из-за ухудшения теплопередачи между ними и теплоотводами. Периодические изменения температуры вызывают смещения в разъемных соединениях, что приводит к периодическим нарушениям контактов. Тепловое расширение и сжатие действует не только на микросхемы и печатные платы, но и на жесткие диски. В большинстве современных накопителей на жестких дисках предусмот рена тепловая компенсация, при которой позиции головок корректируются относительно расширяющихся и сжимающихся дисков. Во многих накопителях такая корректировка вы полняется через каждые 5 мин в течение первого получаса после включения, а затем — через каждые 30 мин. Эта операция часто сопровождается характерным потрескиванием. Из сказанного следует, что для увеличения срока службы компьютера в нем лучше под держивать постоянную температуру, т.е. оставлять его постоянно включенным или выклю ченным. (Идеальный вариант — вообще никогда не включать компьютер, тогда он действи тельно простоит очень долго!)
Не подумайте только, что предлагается вообще не выключать компьютер. Вовсе нет! Включенный и оставленный без присмотра компьютер может стать причиной пожара, а пере таскивать включенный компьютер с места на место — самый верный способ вывести его из строя. И, в конце концов, это просто бессмысленная трата электроэнергии. Наиболее оптимальный вариант — включать компьютер в начале рабочего дня и выклю чать в конце. Не выключайте его на обед, перекуры и прочие короткие перерывы. Естествен но, серверы и подобные им системы должны работать постоянно.

Управление питанием

Большие дисплеи, устройства чтения компакт-дисков и звуковые адаптеры при работе по требляют значительную мощность. Чтобы уменьшить ее, разработано несколько программ и стандартов. Для стандартных настольных систем управление питанием — вопрос экономии и удобст ва. Выключая отдельные узлы (компоненты) персонального компьютера, когда они не ис пользуются, вы можете уменьшить счет за электроэнергию и избежать необходимости вклю чать и выключать компьютер вручную. Для портативных компьютеров управление питанием гораздо важнее. Постоянная работа накопителя CD-ROM, акустических систем и других узлов в портативном компьютере приво дит к тому, что во многих случаях сокращается и без того короткий срок службы батареи. Те перь, благодаря усовершенствованию технологии управления питанием, в портативном ком пьютере напряжение может подаваться только к узлам (компонентам), непосредственно ис пользуемым в данный момент, что продлевает срок, в течение которого аккумуляторная батарея не нуждается в подзарядке. Системы, обладающие сертификатом Energy Star Агентство по защите окружающей среды EPA (Environmental Protection Agency) начало проводить кампанию по сертификации энергосберегающих персональных компьютеров и пе риферийного оборудования. Компьютер или монитор во время продолжительного простоя должен снизить энергопотребление до 30 Вт и более. Система, удовлетворяющая этим требо ваниям, может получить сертификат Energy Star. Эта кампания добровольная, из чего следу ет, что получать такой сертификат вовсе не обязательно. Однако производители обнаружили, что компьютеры с сертификатом Energy Star лучше продаются. Одна из проблем, возникающих при использовании таких систем, заключается в том, что системная плата и приводы дисковых накопителей могут буквально “впадать в спячку”. Это означает, что они входят в режим ожидания и потребляют очень мало энергии; это приводит к порче некоторых старых блоков питания, поскольку оборудование с низким потреблением энергии не обеспечивает загрузки блока питания, необходимой для его нормального функ ционирования. Большинство имеющихся на рынке блоков рассчитаны на работу с такими системами и имеют очень низкое значение минимальной нагрузки. Покупая блок питания, убедитесь в том, что оборудование системы при работе в режиме ожидания обеспечивает ми нимальную нагрузку. В противном случае, после того как система “уснет”, отсутствие нагруз ки приведет к запуску цикла переключения питания, который снова ее “разбудит”! Эта про блема может быть довольно актуальной для системы, использующей очень мощный блок пи тания и оборудование, потребляющее мало энергии. Усовершенствованная система управления питанием
Стандарт усовершенствованной системы управления питанием (Advanced Power Management — APM) разработан компанией Intel совместно с Microsoft и определяет ряд интерфей сов между аппаратными средствами управления питанием и операционной системой компью тера. Полностью реализованный стандарт APM позволяет автоматически переключать ком пьютер между пятью состояниями в зависимости от текущего состояния системы. Каждое последующее состояние в приведенном ниже списке характеризуется уменьшением потреб ления энергии.
-- Full On. Система полностью включена.
-- APM Enabled. Система работает, некоторые устройства являются объектами управле ния для системы управления питанием. Неиспользуемые устройства могут быть вы ключены, может быть также остановлена или замедлена (т.е. снижена тактовая часто та) работа тактового генератора центрального процессора.
-- APM Standby (резервный режим). Система не работает, большинство устройств нахо дятся в состоянии потребления малой мощности. Работа тактового генератора цен трального процессора может быть замедлена или остановлена, но необходимые пара метры функционирования хранятся в памяти. Пользователь или операционная система могут запустить компьютер из этого состояния почти мгновенно.
-- APM Suspend (режим приостановки). Система не работает, большинство устройств пассивны. Тактовый генератор центрального процессора остановлен, а параметры функционирования хранятся на диске и при необходимости могут быть считаны в па мять для восстановления работы системы. Чтобы запустить систему из этого состоя ния, требуется некоторое время.
-- Off (система отключена). Система не работает. Источник питания выключен. Для реализации режимов APM требуются аппаратные средства и программное обеспече ние. Источниками питания ATX можно управлять с помощью сигнала Power_On и факульта тивного разъема питания с шестью контактами. (Необходимые для этого команды выдаются программой.) Изготовители также встраивают подобные устройства управления в другие элементы системы, например в системные платы, мониторы и дисководы.
Операционные системы (такие, как Windows 9x), которые поддерживают APM, при на ступлении соответствующих событий запускают программы управления питанием, “наблюдая” за действиями пользователя и прикладных программ. Однако операционная сис тема непосредственно не посылает сигналы управления питанием аппаратным средствам. Система может иметь множество различных аппаратных устройств и программных функ ций, используемых при выполнении функций APM. Чтобы разрешить проблему сопряжения этих средств в операционной системе и аппаратных средствах предусмотрен специальный абст рактный уровень, который облегчает связь между различными элементами архитектуры APM. При запуске операционной системы загружается программа — драйвер APM, который связывается с различными прикладными программами и программными функциями. Именно они запускают действия управления питанием, причем все аппаратные средства, совместимые с APM, связываются с системной BIOS. Драйвер APM и BIOS связаны напрямую; именно эту связь использует операционная система для управления режимами аппаратных средств. Таким образом, чтобы функционировали средства APM, необходим стандарт, поддержи ваемый схемами, встроенными в конкретные аппаратные устройства системы, системная BIOS и операционная система с драйвером APM. Если хотя бы один из этих компонентов от сутствует, APM работать не будет.

Проблемы, связанные с блоками питания

Чтобы найти неисправности в блоке питания, не стоит его вскрывать и пытаться ремонти ровать, поскольку через него проходят высокие напряжения. Подобные работы должны вы полнять только специалисты, знающие толк в этом деле. О неисправности блока питания можно судить по многим признакам. Например, сообще ния об ошибках четности часто свидетельствуют о неполадках в блоке питания. Это может показаться странным, поскольку подобные сообщения должны появляться при неисправно стях ОЗУ. Однако связь в данном случае очевидна: микросхемы памяти получают напряже ние от блока питания, и, если это напряжение не соответствует определенным требованиям, происходят сбои. Нужен некоторый опыт, чтобы достоверно определить, когда причина этих сбоев состоит в неправильном функционировании самих микросхем памяти, а когда скрыта в блоке питания. Еще один критерий оценки — повторяемость ошибки. Если сообщения об ошибках четности появляются часто и адрес ячейки памяти всегда один и тот же, то подозре ние должно пасть, в первую очередь, на саму память. Но если ошибки хаотичны или адрес ячейки памяти все время изменяется, то причина, скорее всего, кроется в блоке питания. Ни же перечислены проблемы, возникающие при неисправности блока питания.
-- Любые ошибки и зависания при включении компьютера.
-- Спонтанная перезагрузка или периодические зависания во время обычной работы.
-- Хаотичные ошибки четности или другие ошибки памяти.
-- Одновременная остановка жесткого диска и вентилятора (нет напряжения +12 В).
-- Перегрев компьютера из-за выхода из строя вентилятора.
-- Перезапуск компьютера из-за малейшего снижения напряжения в сети.
-- Удары электрическим током во время прикосновения к корпусу компьютера или к разъемам.
-- Небольшие статические разряды, нарушающие работу системы.
Практически любые сбои в работе компьютера могут быть вызваны неисправностью бло ка питания. Есть, конечно, и более очевидные признаки, например:
-- компьютер вообще не работает (не работает вентилятор, на дисплее нет курсора);
-- появился дым;
-- на распределительном щитке сгорел сетевой предохранитель.
Если вы подозреваете, что неисправен блок питания, выполните приведенные ниже действия.
1. Проверьте качество розетки, сетевого кабеля и разъемов.
2. Проверьте правильность и надежность подключения разъемов питания к системной плате и накопителям.
3. С помощью приборов проверьте напряжение на упомянутых разъемах.
4. Проверьте другое установленное оборудование — платы расширения, устройства ре зервного копирования и т.д. Извлекая по одному устройству, найдите причину неис правности.
Поскольку во время проведения этих измерений некоторые периодически возникающие неисправности иногда остаются незамеченными, полезно иметь запасной блок питания, сете вой кабель и дополнительные разъемы питания для более длительных проверок. Если после установки исправного запасного устройства симптомы неисправности исчезают, можно счи тать, что их причина установлена. Перегрузка блока питания Недостаточно мощный блок питания может ограничить возможности расширения компь ютера. Многие компьютеры выпускаются с довольно мощными блоками питания, которые рассчитаны на то, что в будущем в систему будут установлены новые (дополнительные) узлы. Однако в некоторых компьютерах блоки питания имеют настолько низкую мощность, что попытки установить в них мало-мальски приемлемый набор дополнительных модулей зара нее обречены на провал. Это особенно характерно для портативных компьютеров, в которых определяющим фак тором для блока питания являются его размеры. Установка дополнительных устройств во многие старые компьютеры также весьма проблематична из-за недостаточно мощного блока питания. Его мощность должна соответствовать энергетической потребности сразу всех ком понентов компьютера. Паспортное значение мощности, указанное на блоке питания, не должно вводить вас в за блуждение. Не все блоки питания, например на 200 Вт, одинаковы. Дешевые блоки питания наверняка могут развивать мощность, указанную в паспорте, а как обстоят дела с помехами и качеством напряжений в цепях питания? Одни блоки питания с трудом “вытягивают” свои параметры, а другие работают с большим запасом. Многим дешевым блокам питания свойст венны нестабильные выходные напряжения, в них также присутствуют шумы и помехи, что может привести к многочисленным проблемам. Кроме того, они обычно очень нагреваются сами и нагревают все остальные узлы. Большинство специалистов рекомендуют заменять ус тановленные в компьютерах блоки питания более мощными. Поскольку конструкции этих блоков стандартизированы, найти замену для большинства систем не составит особого труда. Активное охлаждение
Важную роль в обеспечении надежной работы ПК играет вентиляция. Для охлаждения раз личных компонентов компьютера необходим определенный воздушный поток. Большинство современных процессоров устанавливаются на теплоотводах, которые нуждаются в постоянном обдуве. Если для этого предусмотрен отдельный вентилятор, особых проблем не возникает. От носительно остальных компонентов можно посоветовать следующее. Если часть разъемов сво бодна, расположите платы таким образом, чтобы воздух беспрепятственно циркулировал между ними. Установите самые нагревающиеся платы поближе к вентилятору или вентиляционным отверстиям в корпусе. Обеспечьте достаточное обдувание жестких дисков, особенно тех, кото рые вращаются с высокой скоростью. При работе некоторых накопителей выделяется значи тельное количество тепла и перегрев жесткого диска приводит к потере данных. Компьютер всегда должен работать с закрытой крышкой. В противном случае он перегре ется, так как вентилятор блока питания будет обдувать лишь блок питания, а остальные ком поненты будут охлаждаться за счет конвекции. Хотя большинство компьютеров перегрева ются не сразу, некоторые системы, особенно те, в которых установлено много дополнитель ных устройств, перегреваются при снятой крышке за 15–30 мин. Кроме того, все пустые отсеки должны быть закрыты. В противном случае через отвер стия в корпусе будет свободно проникать воздух, что может нарушить воздушный поток внутри компьютера и вызвать повышение температуры. Вентиляторы, смонтированные на процессорах, охлаждают только микропроцессоры. Многие современные процессоры во время работы разогреваются так, что обычный пассив ный теплоотвод не может их охладить. В этом случае небольшой вентилятор, смонтирован ный прямо на процессоре, позволяет обеспечить “точечное” охлаждение и снизить его темпе ратуру. Один из недостатков такого способа активного охлаждения процессора состоит в том, что при выходе вентилятора из строя микропроцессор мгновенно перегревается и тоже мо жет выйти из строя.

Ремонт блоков питания

По-настоящему ремонтом блока питания занимаются редко — дешевле заменить его но вым. Дефектный блок питания обычно выбрасывают, если, конечно, он не является высоко качественным или дорогим. В последнем случае лучше отправить его на фирму, специализи рующуюся на ремонте блоков питания и других компонентов. Если у вас есть опыт работы с высокими напряжениями, то вы сможете отремонтировать блок питания собственными силами. Правда, для этого понадобится его открыть, но делать это не рекомендуется. Большинство производителей стараются воспрепятствовать “проникновению” в блок питания, применяя при сборке специальные винты типа Torx. В то же время производители инструментов выпускают комплекты отверток, которыми можно от вернуть винты с защитой. Некоторые блоки питания собраны на заклепках, и при вскрытии блока их приходится высверливать. Учтите, что производители создают все эти препятствия с одной-единственной целью — защитить неопытных людей от высокого напряжения. Счи тайте, что вы предупреждены!
В большинстве блоков питания для защиты от перегрузки установлен внутренний плавкий предохранитель. Если он перегорит, блок питания работать не будет. Открыв корпус, его можно заменить, но в большинстве случаев замена ничего не даст — если не устранена ос новная неисправность, перегорит и новый предохранитель. В этом случае лучше всего отпра вить блок питания в ремонтную мастерскую. Источники питания персональных компьютеров имеют встроенные регулировки напря жения, которое калибруется и устанавливается при изготовлении. Через какое-то время пара метры некоторых узлов (компонентов) могут измениться, тогда изменятся и выходные на пряжения. Если дело обстоит именно так, можно с помощью средств настройки снова уста новить правильные значения напряжений. Несколько средств корректировки напряжений находятся внутри источника питания, обычно они представляют собой переменные резисторы.
Внимание!
Вы должны использовать непроводящий инстрoмент, например стеeловолоeоннoю или пластмассовoю отверт ky, разработаннoю для этой цели. Если oронить металличесeий инстрoмент в работающий источниe, это мо жет привести e опасномo исeрению и даже воспламенению или вас попростo oдарит элеeтричесeим тоeом. Вы также должны найти для каждого напряжения свой подстроечный резистор. Это мож но установить эмпирическим путем. Вы можете отметить текущие позиции всех резисторов, а затем измерять выходное напряжение, одновременно (по очереди) слегка изменяя положение органов управления каждого подстроечного устройства, пока не увидите изменение напряже ния. Если вы изменяете положение органов управления подстроечного устройства, а наблю даемое вами напряжение не изменяется, восстановите положение в исходную позицию. (Для этого пригодится метка, которую вы поставили перед началом эксперимента.) С помощью этого метода можно скорректировать величину каждого напряжения, установив его значение равным стандартному, т.е. 3,3, 5 или 12 В.

Замена блоков питания

В большинстве случаев проще, безопаснее и дешевле заменить блок питания, а не ремон тировать его. При выборе конкретной модели блока питания необходимо учитывать несколь ко факторов. Выбор блока питания Прежде всего обратите внимание на формфактор блока питания. Например, блок питания для AT отличается от блоков питания для ATX, и они не взаимозаменяемы. Блоки питания различаются размерами, формой, расположением крепежных отверстий и выключателя, а также типами разъемов. Полное описание всех конструкций было приведено в начале главы. Разумеется, подбирая блок, вы должны знать, какая конструкция использует ся в вашем компьютере. В некоторых системах используются уникальные блоки питания, что существенно усложняет их замену. При покупке совместимого компьютера вы рискуете приобрести нестандартный блок пи тания. Если он выполнен по стандартной конструкции, замену ему можно найти у сотен фирм и по доступной цене. Если же конструкция нестандартная, выбор будет ограничен произво дителем самого компьютера, а стоимость блока питания окажется намного выше. Блок питания персонального компьютера — один из самых ненадежных узлов. Их произ водят сотни фирм, и дать обзор всех выпускаемых изделий просто невозможно.

Защитные устройства в сети питания

Такие устройства предохраняют компьютерные системы от повреждений при резком воз растании, выбросах и провалах напряжения сети. В частности, повышение сетевого напряже ния или его всплеск могут вывести из строя сам компьютер, а внезапное отключение или снижение напряжения приведет к потере данных. Ниже рассматриваются четыре вида уст ройств защиты.
В самом блоке питания компьютера (если он высокого качества) некоторые предохрани тельные устройства уже могут быть установлены. В блоках питания некоторых компьютеров высокого класса предусмотрена защита от высоких напряжений и токовых перегрузок, а так же простейший фильтр для снижения уровня помех, проникающих из сети. Во многих недо рогих блоках питания таких схем защиты нет, поэтому особое внимание обращайте на деше вые компьютеры малоизвестных фирм. Именно для них подключение дополнительного за щитного устройства вполне оправданно.
Чтобы проверить качество схем защиты блоков питания, в независимых лабораториях проводились испытания компьютеров, не снабженных дополнительными устройствами защи ты. На них подавалось питание с выбросами напряжения амплитудой до 6 000 В. Импульсы с большей амплитудой не могут появиться в сети даже теоретически: при больших напряжени ях между контактами розеток возникает электрическая дуга. В итоге ни один компьютер не был поврежден необратимо. Самое худшее, что происходило с некоторыми из них, — само произвольная перезагрузка или отключение, когда амплитуда напряжения превышала 2000 В. Все компьютеры возвращались в нормальное рабочее состояние после повторного включения питания. Автоматическое отключение компьютера при больших отклонениях сетевого напря жения от номинального предусмотрено в большинстве высококачественных блоков питания. Ниже рассматриваются некоторые защитные устройства для сети питания. Ограничители выбросов Простейшими приборами для защиты входных цепей блока питания от высоких напряже ний являются ограничители выбросов. Их цена составляет 20–200 долларов. Эти устройства включаются между компьютером и сетевой розеткой и предназначены для поглощения высо ковольтных выбросов напряжения, возникающих в сети в результате ударов молний или при работе мощных электрических машин.
Устройства подавления выбросов обычно строятся на основе варисторов, которые могут понижать все скачки напряжения, превышающие определенный уровень. Эти приборы вы держивают напряжения до 6 000 В и отводят на землю все напряжения, значения которых выше определенного предела. Они могут спокойно переносить средние перегрузки, но очень сильные скачки (например, при прямом попадании молнии) могут их “пробить”. Варисторы не могут рассеивать большую мощность и в такой ситуации обычно перегорают, т.е. после одного мощного или следующих друг за другом более слабых выбросов ограничитель пере стает выполнять свои функции. Простым способом проверить работоспособность таких прибо ров невозможно, поэтому никогда нельзя заранее сказать, защищает такое устройство или нет. В некоторых ограничителях выбросов предусмотрен индикатор исправности, по которому можно определить, перегорел ли варистор в результате мощного выброса. Еще одним неплохим дополнительным устройством, объединяемым иногда с ограничите лем выбросов, является автоматический выключатель, который, в отличие от плавкого пре дохранителя, при перегрузках можно включать повторно. Он выполняет те же функции, что и обычный сетевой предохранитель. Устройства подавления помех с таким выключателем сто ят около 40 долларов.
Ограничители выбросов в телефонной линии
Очень важно защитить компьютер от всевозможных помех в телефонной линии, к кото рой подключена система. Если вы пользуетесь модемом или факсимильным аппаратом, то любые всплески напряжения, периодически возникающие в телефонной сети, могут вывести компьютер из строя. Телефонные линии весьма уязвимы для молний, и подключенные к се тям модемы и компьютеры чаще всего выходят из строя именно по этой причине. Простейшие ограничители выбросов, которые включаются между телефонной линией и модемом, выпускаются несколькими фирмами. Их можно без проблем купить в большинстве магазинов, торгующих электроникой. Сетевые фильтры-стабилизаторы Кроме повышенного напряжения и токовых перегрузок, в линиях электропитания могут происходить другие инциденты. Например, напряжение в сети может упасть ниже допусти мого предела. Помимо уже упоминавшихся выбросов, в линиях питания могут возникать, на пример, радиочастотные наводки или импульсные помехи, создаваемые электродвигателями и другими индуктивными нагрузками. Каждый провод, подключенный к компьютеру (например, соединяющий его с каким-либо периферийным устройством), представляет собой антенну. При воздействии внешних элек тромагнитных полей на него наводятся электрические напряжения. Источниками таких полей могут стать другие провода, телефонные аппараты, электронно-лучевые трубки, электродви гатели, люминесцентные лампы и индикаторы, электростатические разряды и, естественно, радиопередатчики. Цифровые схемы, в свою очередь, весьма чувствительны к помехам ам плитудой всего 1–2 В. Учитывая эти обстоятельства, можно сказать, что вся электрическая проводка в здании работает как большая антенна, принимающая самые разнообразные поме хи. Избавиться от помех и колебаний сетевого напряжения можно с помощью сетевых фильтров-стабилизаторов.
В устройствах этого типа выполняется фильтрация и стабилизация напряжения питания, подавляются перепады тока и напряжения — одним словом, они представляют собой буфер ные каскады между компьютерами и линиями питания. Фильтры-стабилизаторы полностью заменяют описанные выше ограничители выбросов и выполняют множество других функций. Будучи включенными, они постоянно находятся в активном состоянии (в отличие от ограни чителей, которые срабатывают только при выбросах напряжения). Устройство этих приборов довольно сложное: в их состав входят трансформаторы, конденсаторы и другие элементы, на значение которых — поддерживать постоянный уровень выходного напряжения. Стоимость фильтра-стабилизатора может достигать нескольких сотен долларов и существенно зависит от его выходной мощности.
Источники аварийного питания
Для защиты оборудования используются приборы, с помощью которых можно в течение некоторого времени поддерживать работоспособность системы при исчезновении напряже ния в сети. За это время вы успеете спокойно закончить работу, сохранить ее результаты и выключить компьютер. Существует два вида устройств такого типа: источники резервного питания (Standby Power Supply — SPS) и источники бесперебойного питания (Uninterruptible Power Supply — UPS). Лучшие из всех сетевых буферных устройств, безусловно, блоки UPS, поскольку они не только обеспечивают работу компьютера в аварийных ситуациях, но и ста билизируют напряжение и очищают его от помех.

Батареи RTC/NVRAM

Все 16-разрядные или более современные системы имеют микросхему особого типа, в ко торой находятся часы реального времени (Real-Time Clock — RTC), а также хотя бы 64 байт (включая данные часов) энергонезависимого ОЗУ (Non-Volatile RAM — NVRAM). Эта микро схема официально называется микросхемой RTC/NVRAM, но обычно на нее ссылаются как на микросхему CMOS, или CMOS-память. Такие микросхемы потребляют питание от батарей и могут хранить информацию несколько лет.
Самая первая микросхема, которая использовалась в оригинальных IBM AT, была изго товлена компанией Motorola и имела номер 146818. Несмотря на то что сегодня подобные микросхемы выпускаются сотнями производителей и имеют различные параметры, все они совместимы с этой микросхемой.
Она содержит часы реального времени, оповещающие программу о текущем времени и дате, причем и время и дата будут представляться правильно даже при отключении системы. Часть микросхемы, называемая NVRAM, имеет другие функции. Она предназначена для хра нения данных о конфигурации системы, включая объем установленной памяти, типы накопи телей на гибких и жестких дисках, а также другую подобную информацию. Некоторые новые системные платы для хранения данных о конфигурации имеют микросхемы расширения NVRAM объемом 2 Кбайт и более. Это особенно актуально для систем Plug and Play, конфи гурация которых содержит параметры не только системной платы, но и установленных адап теров. После включения питания эта информация может быть прочитана в любой момент. Чтобы предотвратить стирание NVRAM и сбой часов в то время, когда система выключе на, к этим микросхемам подводят питание от специальной батарейки. Чаще всего использует ся литиевая батарейка, поскольку она имеет довольно продолжительное время работы, осо бенно если питает микросхему RTC/ NVRAM, потребляющую мало энергии. Самые высококачественные современные системы содержат новый тип микросхем, в ко торые встроена батарейка. При нормальных условиях срок службы таких батарей измеряется десятью годами, что намного превышает срок эксплуатации компьютера. Если в вашей сис теме используется один из таких блоков, то батарея и микросхема заменяются одновременно, поскольку они конструктивно объединены. Этот блок вставлен в гнездо на системной плате, но в случаях, когда его необходимо заменить, особых проблем не возникает. Новый модуль можно приобрести приблизительно за 18 долларов, что ниже стоимости отдельной батареи. В некоторых системах батареи вообще не применяются. Например, Hewlett-Packard ис пользует специальный аккумулятор, который автоматически перезаряжается при каждом включении системы. Если система не включена, аккумулятор будет обеспечивать RTC/NVRAM энергией, необходимой для работы, на протяжении недели или дольше. Но ес ли компьютер останется выключенным на более длительное время, данные, хранящиеся в NVRAM, будут потеряны. В таком случае система может перезагрузить NVRAM из архивной микросхемы ROM, установленной на системной плате. Единственная информация, которую можно потерять, — текущая дата и время, но ее можно ввести заново. При использовании ак кумулятора в сочетании с архивом в ROM получается довольно надежная система, оснащен ная всем необходимым для хранения информации.
Во многих системах допускается использование традиционных батареек, которые могут либо впаиваться непосредственно в системную плату, либо подключаться через разъем. При использовании систем с впаянной батареей не возникает никаких проблем даже в случае ее выхода из строя, поскольку всегда можно применить обычные вставляемые батарейки. Обычные батареи бывают разных видов. Лучшими являются литиевые, поскольку они мо гут служить от двух до пяти лет. Существуют системы и с обычными щелочными батареями, вставленными в специальный зажим. Их использование менее предпочтительно, поскольку они чаще выходят из строя и не служат так долго, как литиевые. К тому же они могут потечь, а электролит, попавший на системную плату, может ее испортить. На данный момент в большинстве системных плат используются литиевые батареи типа 2032, по размеру сопоста вимые с “четвертаком” (монета достоинством в 25 центов). Литиевые батареи имеют самые разные выходные напряжения. Применяемые в персо нальных компьютерах обычно дают напряжение 3,6, 4,5 или 6 В. Если вы меняете батарею, убедитесь в том, что новая и удаленная батареи имеют одинаковые напряжения. В системных платах могут использоваться батареи с различными напряжениями, которые имеют переклю чатель, позволяющий установить необходимое значение. Если у вас именно такая системная плата, то, чтобы правильно выбрать установку, обратитесь к документации. Конечно же, проще всего заменить испорченную батарею точно такой же, поскольку в этом случае отпа дет необходимость в изменении положений переключателей.
При замене батареи следите за полярностью, иначе можно испортить микросхему RTC/NVRAM (CMOS). Обычно разъем для батареи на системной плате, как и сама батарея, имеет ключ, что предотвратит неправильное подключение. Назначение контактов этого разъ ема должно быть описано в документации. На всякий случай рекомендуется перед заменой батареи записать значения всех параметров конфигурации системы, сохраняемых в NVRAM. В большинстве случаев достаточно запустить программу установки параметров BIOS и пере писать или распечатать все значения параметров. Некоторые программы установки парамет ров BIOS позволяют сохранить данные NVRAM в файле, а затем восстановить их в случае необходимости.
Совет
Если ваша системная BIOS защищена паролем и вы забыли еaо, можно oдалить батарею на несeольeо минoт, а затем oстановить снова. В резoльтате в базовой системе ввода-вывода значения параметров бoдoт oста новлены по oмолчанию, а защита паролем бoдет снята. Заменив батарею, включите компьютер и используйте программу установки параметров BIOS, чтобы проверить (и установить в случае необходимости) значения даты, времени и лю бых других параметров, которые хранятся в NVRAM.