Блоки питания персональных компьютеров
Компьютерный блок питания — вторичный источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией постоянного тока, а также преобразования сетевого напряжения до заданных значений.
Форм-факторы блоков питания
Форма и основная физическая компоновка того или иного компонента ПК называется форм-фактором. Компоненты, которые имеют общий форм-фактор, являются взаимозаменяемыми, во всяком случае, что касается их размеров и формы. На рынке персональных компьютеров первоначально пошла на стандартизацию компания IBM, а все остальные скопировали её стандарты. Все популярные форм-факторы блоков питания для ПК основаны на одной из трёх моделей, включая PC/XT, AT, и PS/2 Model 30. Интересно, что все три оригинальных форм-фактора блока питания IBM имеют одни и те же разъемы и шлейфы для подключения к материнской плате, разница между ними состояла в форме, максимальной мощности, количестве выходов питания для периферийных устройств и расположении выключателя. Совместимые ПК, в которых использовалась один из трёх оригинальных стандартов БП, разработанных IBM, были популярны до 1996 года и даже позднее - по-сути, даже современный стандарт ATX12V восходит к физической компоновке модели PS/2 Model 30, но имеет другие разъёмы.
Новый форм-фактор блоков питания определила в 1995 году компания Intel, представив стандарт ATX. Стандарт ATX обрёл популярность в 1996 и начал отходить от предыдущего стандарта на основе разработки IBM. ATX и те стандарты, которые последовали за ним, с тех пор стали использовать отличные от форм-фактора IBM разъёмы с дополнительными выходными напряжениями и сигналами, которые позволяли обеспечить более высокую мощность и дополнительные возможности, которые отсутствовали у компьютеров с форм-фактором AT.
Существовало более 10 различных форм-факторов блоков питания, которые претендовали на статус отраслевого стандарта. Многие из них были основаны на дизайне IBM, созданном в конце 80-х годов прошлого века, в то время как остальные основаны на дизайне Intel, созданном в середине 90-х и просуществовавшим вплоть до настоящего времени. Отраслевые стандарты в отношении блоков питания можно разделить на две основных категории: те, которые уже в значительной степени устарели, и те, которые применяются в современных ПК.
Устаревшие формфакторы
C/XT
В компьютерных системах PC и XT производства IBM (представленных в 1981 и 1983 годах соответственно) использовался блок питания одного формфактора; единственное отличие заключалось в том, что блок питания XT обладал вдвое большей мощностью. Поскольку по внешнему виду и типам разъемов данные блоки не отличаются, при модернизации систем PC можно смело использовать блок питания XT более высокой мощности; таким образом и зародилась сама идея модернизации блоков питания. Огромная популярность исходных систем PC и XT привела к тому, что многие производители начали выпускать компьютеры, совместимые как по форме, так и по функциям. Компоненты, применяемые в PC/XT совместимых системах, можно было использовать для замены соответствующих компонентов систем производства IBM; данные утверждения справедливы и в отношении блоков питания. Соответствующие блоки питания стандарта PC/XT выпускались многими компаниями. Блоки питания данного формфактора в современных системах не используются.
AT/Desktop
Настольные системы AT были представлены компанией IBM в августе 1984 года; в них использовался блок питания большего размера и другого, по сравнению с PC/XT, форм-фактора. Другие производители очень быстро представили собственные совместимые системы, которые полностью соответствовали конструкции разработки IBM. В подобных системах использовался блок питания формфактора AT/Desktop. Сотни производителей начали выпуск системных плат, блоков питания, корпусов и других компонентов, полностью соответствующих исходной конструкции IBM AT. Блоки питания данного формфактора в настоящее время не используются.
AT/Tower
Конфигурация AT/Tower представляет собой полноразмерную исходную конфигурацию AT, которая расположена горизонтально. Конфигурация Tower (башня) не нова; на самом деле даже на первых системах IBM AT присутствовал специальный логотип, указывающий на возможность постановки системного блока на бок.
В системах AT/Tower использовался такой же блок питания, как и в исходных настольных системах AT, за исключением размещения кнопки включения. В исходных системах AT/Desktop кнопка включения располагалась на панели блока питания (обычно это довольно большая кнопка). В системах AT/Tower, в свою очередь, использовалась внешняя кнопка, которая подключалась к блоку питания с помощью четырехжильного кабеля. Полноразмерный блок питания AT с внешней кнопкой включения называется блоком питания формфактора AT/Tower, хотя по размерам он полностью идентичен блоку питания AT/Desktop. Единственное различие заключается в использовании внешней кнопки включения. Этот формфактор считается устаревшим.
LPX
Следующим распространенным форм-фактором стал LPX, который также называли PS/2 и Slimline. Обозначение PS/2 указывает на то, что данный формфактор изначально был представлен в модели IBM PS/2 Model 30 в апреле 1987 года. Блоки питания LPX содержат такие же разъемы для подключения системной платы и жестких дисков, что и блоки питания формфакторов PC/XT и AT. Блоки питания LPX использовались преимущественно с системными платами LPX, BabyAT и MiniAT.
Блоки питания LPX быстро нашли применение в системах различных производителей, после чего стали стандартом дефакто. На протяжении многих лет они использовались практически повсеместно: от низкопрофильных систем с системными платами LPX до систем в корпусах Desktop и Middle Tower с системными платами BabyAT и MiniAT и даже в полноразмерных башнях Tower с платами BabyAT и полноразмерными платами AT. Несмотря на свой устаревший статус решения LPX (PS/2) до сих продаются. Формфактор также сохранил свое существование, поскольку стал основой для стандартов ATX и PS3, которые широко применяются в со временных системах.
Современные форм-факторы
Intel представила спецификации ATX в 1995 году, а в 1996 данный форм-фактор начал набирать популярность среди настольных систем на базе процессоров Pentium и Pentium Pro, захватив в первый же год 18% рынка. С 1996 года варианты форм-факторов, созданные на базе ATX, стали доминировать как среди материнских плат, так и среди БП, заменив распространённые ранее стандарты Baby-AT/LPX. Блоки питания, соответствующие стандарту ATX12V, также используются для материнских плат более современного стандарта BTX, который задумывался как замена ATX, что является гарантией возможности использования блоков питания на основе стандарта ATX в ближайшие несколько лет. Спецификации ATX12V определяет физическую или механическую форму блока питания, а также конфигурацию разъёмов, которые используются для питания компонентов компьютера.
С 1995 по 2000 год форм-фактор ATX определялся как часть спецификации материнских плат стандарта ATX. Тем не менее, в феврале 2000 года, Intel взяла за основу спецификации актуальной на тот момент версии ATX 2.03 для материнской платы и корпуса компьютера и создала отдельную спецификацию форм-фактора блоков питания - ATX/ATX12 версии 1.0, одновременно добавив дополнительный 4-контактный разъём +12 В (блоки питания с таким разъёмом соответствуют спецификации ATX12В). Коннектор +12 В стал требованием для версии 1.3 стандарта ATX, представленной в апреле 2002, после чего остался только стандарт ATX12В. Стандарт ATX12В 2.0 (февраль 2003) лишился 6-контактного дополнительного разъёма, основной разъём стал 24-контактным, а наличие коннекторов питания Serial ATA стали обязательным требованием. Текущая на данный момент версия ATX12V 2.2 представлена в марте 2005 и содержит лишь мелкие усовершенствования относительно предыдущих версий, как то использование на вилках контактов Molex High Current System (HCS).
Так как спецификация БП стандарта ATX была усовершенствована, была изменена также ориентация охлаждающего вентилятора и дизайн БП. Первоначальные спецификации предполагают использование 80-мм вентилятора, закреплённого на внутренней стороне блока питания, откуда он может гнать воздух из задней части корпуса, направляя поток воздуха вдоль материнской платы. Иными словами, такой вентилятор работает в противоположную сторону, чем большинство использующихся ныне вентиляторов, которые отводят горячий воздух от комплектующих. Идея в том, чтобы перенаправить поток воздуха внутри корпуса таким образом, чтобы можно было обойтись всего одним вентилятором на БП, отказавшись от обязательного использования активного охлаждения радиатора CPU.
Рис.1 Схема блока питания стандарта ATX12В 2.x с основным 24-контактным кабелем питания, 4-контактным дополнительным разъёмом +12В, а также дополнительными разъёмами питания видеокарт, подключённых к шине PCI Express
Форм-фактор ATX решил несколько проблем, актуальных для предшествующих форм-факторов PC/XT, AT и LPX. Одна из них состояла в том, что платы стандартов PC/XT/AT были оснащены всего двумя разъёмами для кабелей питания. Если вы подключали кабели некорректно или путали их местами, как правило, сгорали и блок питания, и материнская плата. Большинство ответственных производителей пытались придумать специальный ключ, который позволял бы подключать данные кабели только в правильной последовательности. Тем не менее, большинство производителей, предлагавших дешёвые системы, не предусматривал такой защиты на блоках питания или платах. Форм-фактор ATX предполагает гнезда на материнской плате и разъемы блока питания по умолчанию спроектированные с наличием "защиты от дурака" - то есть их можно подключить только правильным образом. Кроме того, среди разъёмов появилось низковольтная линия ATX +3.3 В, что снижает необходимость в распайке дополнительных стабилизаторов напряжения непосредственно на плате для тех компонентов, которые используют это напряжение.
Новые разъёмы +3.3 В на блоках питания ATX имеют другой набор выходов, который обычно не заметен на стандартном БП. Набор включает выходы Power_On (PS_ON) и 5V_Standby (5VSB), о которых мы говорили чуть ранее и которые отвечают за режим Soft Power (программное управление питанием). Они обеспечивают работу таких функций, как Wake on Ring или Wake on LAN, то есть когда сигнал от модема или сети может использоваться для того, чтобы компьютер вышел из спящего режима или автоматически включился для выполнения запланированных задач. Эти сигналы также можно включить через специфические кнопки управления питанием, которые предусмотрены на большинстве современных клавиатур. В частности, опция включения с помощью кнопки на клавиатуре или по сети доступна, даже когда компьютер выключен, но подсоединён к источнику питания, так как линия 5V_Standby всегда находится под напряжением. Сами же функции расширенного управления питанием можно включить или отключить через BIOS.