Оценка потребляемой мощности компьютера.

Тема 6. Система питания.

Теория.

За последние годы в развитии персональных компьютеров наметилось снижение мощности линий +3.3В и +5В и значительное увеличение по линии +12В. Это связано с потребностями процессора и видеокарты.

Стандарт ATX12V и его особенности.

Развитие требований различных версий стандарта ATX12V к распределению токов (т.е. к нагрузочным способностям) по шинам для 300Вт блоков представлено на таблице 1.

Таблица1.

· (*) наиболее распространенная схема формирования +3.3В не предполагает собственной обмотки на трансформаторе, +3.3В получается из +5В обмотки через вспомогательный стабилизатор (на насыщаемом дросселе).

· (**) В блоках питания стандарта ATX12V 2.x один внутренний источник +12В, но по требованиям безопасности он искусственно разделяется на два с раздельной защитой от перегрузки по току (защита необходима только для соответствия стандартам безопасности). При этом линия +12В1 соединяется с разъемами питания ATX и периферийных устройств, а +12В2 с 4-pin разъемом +12В.

Оценка потребляемой мощности компьютера.

Примерное представление об энергопотреблении основных компонентов можно получить из следующей таблицы 2.

Таблица 2.

При получении приведенных цифр следует учесть следующие особенности:

AMD (и производители материнских плат) слишком поздно поддержали и ввели ATX12V, поэтому большинство MB Socket A питают VRM процессора от +5В контактов разъема ATX main power (что ведет к их обгоранию при больших токах). Исключение составляют некоторые топовые модели на чипсетах VIA KT600, KT880 и nVidia nForce 2, на которых есть +12B 4-pin разъем – именно такие модели рекомендуются к покупке. Поэтому для большинства систем на устаревающей платформе Socket A с топовыми или разогнанными процессорами (и уж тем более с видеокартами ATI серий 9700-9800, создающими основную нагрузку по шинам +3.3В и +5В) блоки с низкими токами (нагрузочной способностью) по этим шинам не подойдут. К таким БП относятся не только бюджетные, но и соответствующие ATX12V 2.2 блоки, а старые, но качественные вполне справятся.

Данные по энергопотреблению памяти противоречивы. Любопытный документ AMD #26003, Builders Guide for Desktop/Tower Systems (rus) содержит примеры расчетов энергопотребления типовых систем. В нем 128Мб DDR модулю соответствует 10Вт (2А ток по +5В). В других документах, как по расчетам, так и по результатам измерений приводятся разные, но в разы меньшие цифры (ссылки: 1,2,3,4). Следует отметить, что энергопотребление сильно зависит от частоты и напряжения питания модулей, поэтому оверклокерские модули могут потреблять больше и нагреваться гораздо сильнее.

В разъеме питания SATA предусмотрена линия +3.3В, но винчестеров, требующих ее для работы, пока нет.

Мощность моторов вентиляторов получается умножением заявленного тока на 12 Вольт и связана с количеством оборотов, диаметром и профилем лопастей вентилятора. Для справки: паспортный ток вентилятора боксового кулера P4 3.0ГГц (Prescott) – 0.27А, паспортный ток безымянного 80x80x25 ~2500об. – 0.13A (по результатам измерений: 0.13A – это стартовый ток в пике (насколько его можно измерить дешевым мультиметром), а после набора оборотов потребление составляет 0.09-0.10A, если заблокировать крыльчатку – 0.14-0.17A), а токи более 0.5А характерны только для высокооборотистых монстров.

Суммируя энергопотребление компонентов ПК, получаем, что потребляемая мощность систем среднего уровня (и тем более бюджетных) не превышает 250-300Вт, а для систем с топовыми процессорами и топовыми видеокартами укладывается в 400-450Вт.

Не секрет, что энергопотребление и соответственно тепловыделение компонентов ПК постоянно растет. Максимальное расчетное тепловыделение (TDP) современных настольных платформ составляет в ближайшей перспективе 130Вт (LGA755) и 125Вт (Socket AM2) соответственно. Энергопотребление топовых видеокарт давно вышло за рамки допустимых токов как для разъема AGP (40Вт), так и для PCI Express (75Вт) и достигает 120Вт (такие видеокарты оснащаются разъемами дополнительного питания), Использование двух видеокарт автоматически удваивает эти требования Переход от памяти DDR к памяти DDR2, хоть и привел к уменьшению напряжения с 2.5-2.8В до 1.8-1.9В, но потихоньку компенсируется ростом частот.

Все это приводит к необходимости увеличить мощность блока питания.

Каждый блок питания имеет несколько выходных каналов с различным напряжением и рассчитан на определенную долговременную мощность по каждому из них. Современный стандарт предписывает наличие каналов с напряжением +5В, +12В, +3.3В, -12В и дежурное напряжение +5В. Общая мощность обычно обозначена в ваттах на наклейке (Total Power). Эта величина представляет собой сумму всех мощностей по каждому из каналов и легко подсчитывается суммированием произведения токов на соответствующие напряжения. К примеру, пусть имеется блок питания с мощностью 500 ватт, с указанными допустимыми токами: +3.3В 30А, +5В 30А, +12В 40А, -12В 0.8А, +5Вд 2.5А. Перемножив и просуммировав, получаем итоговую цифру (250+480+9.6+12.5) = 752.1 Вт. Почему же на наклейке указано 500Вт? Дело в том, что существует взаимная зависимость каналов их совместной максимальной мощности. На наклейке указано, что максимальная мощность по каналам +3.3В и +5В не может превышать 152 Вт в любом случае, а общая суммарная мощность каналов +12В и +3.3 & 5В не должна превысить 480 Вт. То есть, мы можем нагрузить блок на полную мощность по +12В, оставив без нагрузки низковольтные каналы, либо при полной мощности каналов +3.3 и +5В (152 Вт в нашем случае), можем использовать только 328 Вт по +12В. Поэтому при подсчетах нужно быть внимательным и всегда обращать внимание на допустимую комбинацию нагрузки по каждой линии. Обычно это указано на наклейке, в виде общей ячейки с единой величиной мощности для нескольких каналов. Наклейка представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Вид наклейки

С учетом этого фактора новый пересчет мощности будет выглядеть так: 152+328+9.6+12.5=502.1 Вт, либо 0+480+9.6+12.5=502.1 Вт, либо любая из допустимых вариаций между этими двумя крайними значениями распределения мощностей по каналам. Исходя из этого, возникает вопрос – а как же тестировать блок: на полной нагрузке по низковольтным каналам, либо на максимальной мощности канала +12В? А может на каком-то промежуточном значении? Рассмотрим этот момент в дальнейшем подробнее.

Также не стоит путать параметры максимальной долговременной мощности и пиковой мощности (Total Peak Power), допустимой на небольшой период времени (17 секунд согласно ATX 2.2 и 12 секунд по EPS 2.91). К примеру, блок питания с номинальной мощностью 500Вт может выдать в пике до 530 Вт, но для блока питания постоянно работать с превышением номинальной мощности нежелательно, ведь запас прочности компонентов может оказаться не очень большим, и жарким летом случится неприятный фейерверк.