Сага о современных блоках питания – опровержение старых истин

⇡#Введение

В условиях постоянного развития компьютерного прогресса растут не только производительность и технологическая оснащённость комплектующих ПК, но и, к сожалению, зачастую энергопотребление. Зайдя в тупик наращивания производительности интенсивным путём (улучшение архитектуры, повышение частот и ёмкости КЭШа) производители выбрали экстенсивный – многоядерность.

Растущее энергопотребление постоянно обуславливало выход на рынок всё новых и новых линеек блоков питания (в дальнейшем БП). В Интернете можно найти не мало как обзоров конкретных моделей БП, так и общих рекомендаций для выбора оных исходя из внешних признаков. Однако, некоторое время назад прогресс всей своей силой коснулся и рынка топовых блоков питания, практически сведя на нет полезность большой части написанных материалов. Сильнее всего, пожалуй, «пострадали» руководства выбора БП по внешним признакам.

Для того, что бы тщательно разобраться в сложившейся ситуации, давайте сделаем краткий экскурс в конструктив БП.

⇡#Краткий экскурс в конструктив блока питания.

Фактически любой блок питания для ПК построен по импульсной схематехнике типологии Half Bridge или Fly Back. Основными компонентами являются: силовой трансформатор, высоковольтные транзисторы, ШИМ-контроллер, диодные сборки, силовые дроссели, силовой конвертер, всевозможные фильтры и т.д. В рамках данной статьи нас прежде всего будет интересовать стабилизация линий +5В и +12В.

В подавляющем большинстве блоков применяется групповая стабилизация. Её принцип прост – стабилизируются обе линии одновременно с разными коэффициентами (5/7 и 2/7) что на самом деле выливается в некое усреднённое напряжение порядка 7В. В итоге обе линии (+5В и +12В) как бы связаны между собой. Результат сравним с принципом действия простейших весов с двумя чашами. Пусть на левой чаше будет нагрузка по +5В а на правой – по +12В. До тех пор, пока нагрузка на обе линии сопоставима – всё в порядке (весы в равновесии). Но как только энергопотребление на одной из чаш существенно превысит другое, произойдёт перекос. Как известно, основной линией питания в современных ПК является +12В. Нагрузка на +5В ничтожно мала. Линия +3.3В имеет собственную стабилизацию и нас интересует мало. Что мы получаем? Правая часть весов нагружена сильно, левая – слабо. Результат – перекос. +12В «просядет», +5В наоборот «задерётся». Бороться с таким эффектом можно двояко: ввести раздельную стабилизацию (ведёт к удорожанию БП) или же “сместить” центр весов в пользу более нагруженной линии для восстановления равновесия, что и делают производители.

Если мы имеем дело с топовой конфигурацией (горячий двухъядерный процессор и пара мощных видеокарт), то нагрузка на линиях +12В и +5В может отличаться на порядок. В таком случае «предкоррекции» весов в пользу +12В может быть недостаточно (при групповой стабилизации). Единственным выходом остаётся разработка новых схематических решений, дабы блоки могли всю свою номинальную мощность отдавать по одному каналу. На сколько мне известно, первой такое реализовала FSP Group в своей последней линейке БП Epsilon.

⇡#Устаревшие “визуальные признаки” выбора блока питания.

Внимание! Данный материал всецело посвящён топовым БП последних серий.

Для начала давайте вспомним, что и как рекомендовалось по рассматриваемому вопросу ранее:

1. Толщина металла (и качество изготовления) корпуса БП.
2. Вес блока.
3. Размер и расположение вентилятора(ов) и вентиляционных решеток.
4. Количество и длина кабелей, толщина проводов.
5. Анализ наклейки с паспортными данными БП.
6. Толщина и профиль радиаторов.
7. Размер фильтрующих (сглаживающих) высоковольтных конденсаторов.
8. Габариты силового трансформатора.
9. Диаметр дросселя групповой стабилизации.
10. Наличие выходных конденсаторов и выходных дросселей.
11. Наличие сетевого фильтра и пассивного/активного PFC.
12. Емкость фильтрующих высоковольтных конденсаторов.

Я выбрал основные. Прежде чем подтвердить или опровергнуть актуальность тех или иных пунктов, давайте внимательно изучим фотографию вот такого блока питания:

Смотрим на габариты деталей (в соответствии с вышеприведённым списком) и думаем – а сколько же тут ватт «на глаз»? 300 Вт? 350 Вт?

Нет, не угадали. Знакомьтесь, OCZ GXS700:

Общая мощность блока 700 Вт. Странно, не правда ли? А вот ещё один БП:

Если сравнить с предыдущим, то, сколько же здесь? Киловатт? Полтора? Знакомьтесь, Zippy/Emacs PSL-6720P.

Общая мощность 720 Вт. Ну и где здесь правда?. OCZ GXS700 имеет типичные размеры и довольно небольшой вес. На фоне «обычных» БП Zippy/Emacs PSL-6720P выглядит просто монстром:

По середине отображён мало чем примечательный в рамках данного материала Topower TOP-600W SG.

Если в случае с Zippy/Emacs всё понятно (большая мощность, большие вес и размеры) то что можно сказать на счёт OCZ? Чепуха? Профанация? «Кукурузные» ватты? Даже Topower TOP-600W SG имея мощность “всего” 600 Вт имеет начинку посолиднее, особенно в плане размеров радиаторов:

Далее предлагаю изучить заявленные токовые характеристики.

OCZ GXS700:

Zippy/Emacs PSL-6720P:

Topower TOP-600W SG попадает под категорию «обычных» БП и далее рассматриваться не будет.

Итак, для OCZ декларировано четыре линии +12В с пределом тока по каждой 18 А. Неискушенный пользователь сразу прикинет : 18х4=72 А. Ого – целых 72 А. На самом деле это не так. 18 А действительно является токовым лимитом для каждой линии +12В, но это ещё не значит, что все четыре линии одновременно могут дать такой ток. А какой могут? Считаем: 680 Вт (указано на наклейке) делим на 12В и получаем 56А. Это и есть истинный суммарный ток.

Для Zippy/Emacs указана одна линия +12В мощностью 52 А. Получается, что огромный и тяжеленный БП при чуть большей мощности (720 Вт против 700 Вт) даёт меньший ток по +12В. Ничего удивительного здесь нет – суммарная мощность по остальным каналам у OCZ ниже…

Странно другое - как полупустой внутри OCZ может давать такой ток по линии +12В? Там ведь даже радиаторы крохотные! При этом «именитость» такого брэнда, как OCZ Technology не позволяет усомниться в честности заявленных параметров. Не ужели инженера OCZ волшебники? Если да, то на самом деле таковыми являются специалисты концерна FSP Group, поскольку OCZ GXS700 является ничем иным, как перемаркированным FSP Epsilon FX700-GLN. Но одно лишь «правильное» название не даёт информации о том, как удалось столько ватт «запихнуть» в такие маленькие детальки.

Вы когда-нибудь забивали гвоздь в дерево? Уверен, что да. Допустим, ровно за десять ударов, что заняло 10 секунд. Если то же количество ударов выполнить за 5 секунд, результат будет аналогичен (забитый гвоздь), но «мощность» приложенных вами усилий в два раза выше (бить нужно в два раза быстрее). Принцип работы импульсного блока питания очень схож с процессом забивания гвоздя (преобразование кинематического импульса молотка в поступательное движение гвоздя в момент удара). Чем выше частота преобразования в силовом электромагнитном элементе (например, трансформаторе) тем выше его мощность при тех же размерах. Эта самая пресловутая частота для обычных блоков питания равна 30-35 кГц, в то время как у OCZ GXS700/ Epsilon FX700-GLN значительно больше – 55 кГц. Именно этим и объясняется весьма скромный размер силового трансформатора в рассматриваемом чрезмерно «лёгком» БП… В Сети даже существует статья по “разгону” (увеличении мощности) блока питания как раз методом увеличения частоты ШИМ-контроллера. К такому «выжиманию» ватт следует относится очень настороженно – одно дело изначально спроектированный «высокочастотный» БП, другое дело – неквалифицированное вмешательство в домашних условиях. Бесконечно увеличивать частоту преобразования нельзя – есть свой предел у транзисторов, феррита, диодов, и конденсаторов.

Далее обратим внимание на сравнительно крохотные радиаторы. Секрет здесь очень прост. Инженера FSP Group пошли экстенсивным путём, увеличив вдвое количество элементов. Дело в том, что зависимость выделения тепла от силы тока не линейна. Удельное выделение тепла заметно «подскакивает» во время работы элемента при близких к максимальным значениях силы тока. Если обеспечить режим работы «в пол силы» количество выделяемого тепла упадёт не вдвое (по отношению к максимуму) а больше. Посему в плане тепловыделения довольно выгодно включить несколько элементов параллельно. Конечно, такое «дублирование» увеличивает себестоимость, но ведь большой и крупный радиатор тоже стоит денег, ведь так? OCZ GXS700 имеет двукратный запас по мощности диодных сборок по линиям +3.3, +5, +12В, что и объясняет небольшие габариты радиаторов.

Далее принято обращать внимание на ёмкость высоковольтных конденсаторов. Тут есть сразу несколько загвоздок. Во-первых, большое влияние ёмкостной номинал оказывает наличие Active PFC. Если оный имеется, требуемая ёмкость имеет примерно вдвое меньший номинал. Во-вторых, нередко применяется пара двухсотвольтных конденсаторов, включённых последовательно. В таком случае их общая (суммарная) ёмкость равна половине одно из них. То есть два конденсатора, скажем, по 640 мкФ при последовательном включении дадут в сумме всего лишь 320 мкФ. Даже если удалось снять перед покупкой крышку с БП для осмотра внутренностей, придётся снимать ещё и печатную плату, дабы выяснить, как же включены конденсаторы. Косвенным аргументом в пользу последовательно или параллельно может служить номинальный вольтаж. Если 400 В и более – включение параллельное (ёмкости складываем), если около 200 В – последовательное (номинал одного конденсатора делим надвое). Таким образом, ответ на вопрос «параллельно или последовательно» обуславливает разницу итоговой рабочей ёмкости в четыре раза при двух одинаковых по ёмкости конденсаторах. Что касается OCZ GXS700/ Epsilon FX700-GLN – то тут и вовсе один высоковольтный конденсатор вместо двух запараллеленых (здесь количество не важно, важна конечная ёмкость). В-третьих, не все конденсаторы одинаково полезны. Окромя ёмкости и напряжения, есть такой парметр как внутренне сопротивление (ESR). Чем оно меньше, тем лучше. Качественный конденсатор Low ESR на каждый микрофарад ёмкости будет полезнее чем у обычного и недорогого.

Наиболее примечательным параметром OCZ GXS700/ Epsilon FX700-GLN является максимальная долговременная мощность по линии +12В – 680Вт из 700Вт! Такой блок идеально будет переносить гигантскую разницу в энергопотреблении по линиям +5/+12В на топовых конфигурациях ПК. Всё описанное выше стало возможным благодаря схематическим нововведениям в конструктив БП.

Несколько слов об Active PFC. Вещь, как говорится, хорошая... До тех пор, пока речь не зайдёт о блоках питания с диапазоном входного напряжения Full Range (90-265В). Сочетание Active PFC + Full Range обуславливает фактически полную невозможность нормальной работы связки блок питания + ИБП (источник бесперебойного питания). Так быть Active PFC в БП, или не быть? Вот в чём вопрос. Вряд ли нам что-то ответит Шекспир. Скорее всего, как минимум, следует вычеркнуть из списка кандидатов на покупку блоки Full Range с APFC всем тем, кто использует ИБП. Таким образом, для некоторых из Вас наличие Active PFC никоим образом не будет свидетельствовать о том, что перед Вами подходящий БП. Вполне возможно, что как раз наоборот.

Далее смотрят на вентиляторы и провода. Мол, если в блоке стандартная восьмидеятка, то БП будет шумным. Моё личное мнение – тихий вентилятор типоразмеров 80х80х25 мм вполне может работать тише не очень качественного 120х120х25 мм. Посему если нужен тихий блок, следует искать именно тихий. И не важно, с каким вентилятором. В плане проводов всё кратко и чётко – якобы, чем больше, тем лучше. А может лучше столько, сколько нужно? Не вижу ничего хорошего в пачке висящих внутри корпуса ПК проводов…

На фото отображён Full Tower Chieftec DA-01 с двумя топовыми блоками питания. Хаос проводов. Разумеется, данная фото композиция была сделана специально, но всё же. Неплохим подспорьем в данном вопросе являются съёмные провода. К сожалению, такие БП дороже своих «не съёмных» аналогов.

На самом деле, количество проводов совсем необязательно что-либо скажет Вам по поводу мощности и качества БП. Я неоднократно видел всякие Китайские «поделки» с надписями ATX P4 450 Wt SLI & CrossFire Ready с пачкой проводов и ценой порядка 30 у.е. Боже упаси запитать от такого «шедевра» мощный ПК. Приведу и обратный пример. Как мы выяснили, блоки питания FSP Epsilon вполне можно отнести к категории удачных БП, не смотря на их лёгкий вес и весьма «компактную» начинку. С количеством проводов там всё ОК. Но есть серия FSP Optima Pro которая отличается от Epsilon всего лишь названием и тем самым пресловутым количеством проводов – их мало, а сам блок при этом ничем не хуже.

В конечном итоге из списка визуальных признаков хорошего блока питания сегодня, на мой взгляд, можно считать актуальным лишь следующее:

1. Толщина металла (и качество изготовления) корпуса БП. На таком экономят в совсем уж патологических случаях.
2. Толщина проводов (не количество!). Нормой является AWG18. Иногда можно встретить потолще – AWG16 (чем меньше номер, тем толще провод). Для “поводка” к дисководу 3.5” допустимо применение AWG22. Если в гипотетически рассматриваемом БП провода тоньше – перед вами блок низкого качества.
3. Наличие сетевого фильтра. В общем, его наличие – не панацея. Да и не каждый пользователь сможет определить есть он в данном БП или нет. Короче говоря – малополезный признак.

Пожалуй, на этом всё. Весьма скудно, не правда ли? Таковы реалии современного рынка топовых блоков питания… Что касается блоков среднего уровня, то все “старые” визуальные признаки для них всё ещё вполне актуальны.

⇡#Несколько тестов. Так что же выбрать?

Повторюсь, что современные ПК, особенно топовой конфигурации (двухъядерный CPU и пара мощных видеокарт в режиме SLI/CrossFire), преимущественным образом потребляют энергию по линии +12В. Потребление по другим линиям в сравнении с +12В очень мало. В таких условиях групповая стабилизация, наиболее часто применяемая в БП, зачастую не может удерживать напряжения +5/+12В в допустимых пределах. Таким образом, даже если Ваш блок питания номинально имеет некоторый запас тока по линии +12В относительно Вашей конфигурации ПК, всё равно могут быть проблемы из-за перекоса напряжений. Кроме того, пульсации на нагруженном канале могут выйти за пределы допустимого, что негативно скажется на стабильности работы ПК. При этом далеко не все признаки «дефектной» работы БП можно увидеть с помощью мультиметров – здесь гораздо более полезен осциллограф.

В результате может сложиться ситуация, когда данного БП номинально достаточно для данной конфигурации ПК, а стабильности нет. Экспериментальным путём выясняется – виноват блок питания (в рамках отписанного ниже случая). Данный пример взят не с потолка, а из реальной жизни.

Состав ПК:
CPU – Socket 939 Athlon 3200+
Cooler – Zalman CPNS-7000A AlCu
MB – Asus A8N-E
Ram – 2x512 Мб NCP DDR 400 2.5-3-3-6 2T
Video Card – Sapphire Radeon X1900 XT 512 Мб
PSU – FSP ATX-400 PNF
DVD-RW Nec 2510
DVD-ROM Teac 512D
HDD’s – 160 Гб Samsung SATA, 2x80 Гб Seagate PATA.
Sound Card – E-MU 1212M

Прежде, чем делать выводы о достаточности указанного БП для данной конфигурации БП, подсчитаем ток потребления по основной линии +12В.

Примечание. Все данные таблицы примерные. Энергопотребление жёстких дисков и оптических приводов сведено условно только лишь к линии +12В (на самом деле здесь частично используется и +5В) намеренно для «запаса».

Как видно из таблицы, в данном случае получаем 29А, что как раз равно токовому долговременному номиналу по линии +12В для FSP ATX-400 PNF, плюс ко всему не забываем про намеренно введённый в таблицу запас. Однако ПК ведёт себя в такой конфигурации весьма не стабильно и активно «радует» BSOD’ами и перезагрузками в самый «невинный» момент. Контроль напряжений мультиметром DT 9208A не выявил каких-либо отклонений, что уж говорить об программной мониторинге напряжений…

Для контроль-теста ПК был запитан сперва от OCZ GXS700, а затем в ход пошёл «блокообразный монстр» Zippy/Emacs PSL-6720P. Далее я решил добавить для сравнения Topower TOP-600W SG . Тестовый стенд при этом претерпел некоторые изменения:

CPU – Socket 939 Athlon X2 3800+@2800 МГц 1.55 В
Cooler – Zalman CPNS-7000A AlCu
MB – Asus A8N-E
Ram – 2x512 Мб NCP DDR 400 2.5-3-3-6 2T
Video Card – Sapphire Radeon X1900 XT 512 Мб@720/820 МГц
DVD-RW Nec 2510
DVD-ROM Teac 512D
HDD’s – 160 Gb Samsung SATA, 2x80 Gb Seagate PATA
Sound Card – E-MU 1212M

Методика стресс теста: все жёсткие диски поставлены на дефрагментацию. Оптические приводы в режиме «на лету» копировали DVD-диск. Одновременный запуск S&M (нагрузка CPU 100%) и 3D Mark 2005 при разрешении 2048х1536.

OCZ GXS700 и Zippy/Emacs PSL-6720P разительно отличаясь по весу и габаритам «потрохов» показывают очень близкие результаты, демонстрируя падение напряжение по линии +12В всего на 0,01 В! Куда хуже дела обстоят у Topower TOP-600W – он «просел» на 0,12 В ощутимо задрав при этом линию +5В.

Возможно, кого-то заинтересует вопрос что же лучше - OCZ GXS700 или Zippy/Emacs PSL-6720P? Вопрос на самом деле не корректен. Zippy/Emacs PSL-6720P является серверным блоком питания, ориентированным на режим работы 24/7. Кроме того, его шумность и цена, выше более чем в три раза сводит на нет всю целесообразность покупки оного в домашний ПК.

Так что же выбрать? И как? По интересуемым моделям не всегда можно найти в Сети обзор, а визуальные признаки, исходя из данного материала, порой могут мало что значить. На мой взгляд, в таких условиях просто-напросто нужно искать заведомо достойные модели БП. К таким я бы отнёс блоки следующих линеек: FSP Epsilon / Optima Pro, OCZ GameXStream, Thermaltake ToughPower. Все они аналогичны по своей схематехнике и наилучшим образом подходят для современных мощных ПК.

Удачного все выбора!