На сегодняшний день большинство домашних компьютеров используется для игр. Поскольку степень реализма игр повышается, растут и требования к производительности основных компонентов ПК. Множество современных игровых систем строятся на базе CPU с четырьмя ядрами, а за обработку 3D графики в таких ПК отвечают мощные 3D ускорители с одним или двумя GPU. При этом, потребление таких систем находится на уровне близком к 500-550 Вт [1], а, следовательно, мощность используемого блока питания (БП), с учетом запаса по мощности, лежит в диапазоне 650-750 Вт. В этой статье мы как раз расскажем читателю об особенностях схемотехники БП мощностью 650, 700 и 750 Вт, а также проведем их тестирование.

Итак, в нашей лаборатории сегодня три блока питания:

• GlacialPower GP-AL-650A мощностью 650 Вт.
• HuntKey HK701-11PEP 700W, мощность 700 Вт.
• Antec TruePower 750 Blue, мощность 750 Вт.

 

GlacialPower GP-AL-650A

Блок поставляется в плотной картонной коробке - типичная упаковка для большинства Retail блоков питания.

Извлекаем сам БП:

С основными характеристиками, заявленными производителем можно, ознакомится в брошюре. Из особенностей хочется отметить:

• Максимальный суммарный ток по шине +12 В заявлен 42 А (мощность 504 Вт).
• БП имеет сертификат 80 PLUS. Это означает что коэффициент полезного действия (КПД) GlacialPower GP-AL-650A не ниже 80% при загрузках 20%, 50% и 100%. 
• БП не модульной конструкции, что с одной стороны плохо (неиспользуемые провода будут мешаться в корпусе), а с другой хорошо (надежность цепи будет выше, потому как не будет возможности нарушения цепи в месте соединения).

 

Конфигурация  кабелей блока питания показаны в таблице:

 

Провода выполнены в соответствии со стандартом 18AWG  и имеют площадь поперечного сечения 0.823 мм².

БП охлаждается одним вентилятором с диаметром крыльчатки 120мм на двух шарикоподшипниках.

 

Вентилятор имеет маркировку Power Logic PLA12025B12H. С полной спецификацией можно ознакомиться на сайте производителя. Типоразмер вентилятора 120мм.

Рассмотрим внутреннее устройство БП.

 

Плата изготовлена из гетинакса, который значительно дешевле текстолита, но уступает ему по механическим параметрам: менее прочен, хуже клеится медная фольга .

 

Перейдем к рассмотрению особенностей схемотехники данного БП.

 

На входе стоит фильтр нижних частот 2-го порядка с частотой среза около 45кГц. Он ослабляет высокочастотные помехи, идущие из сети в БП, и обратно. Выпрямитель сетевого напряжения состоит из диодного моста GBU1506  рассчитанного на ток 15 А, 560 В. Диодный мост установлен на радиатор силовых транзисторов преобразователя и модуля PFC.

Выпрямленный ток идет на схему коррекции коэффициента мощности (PFC) на контроллере CM6800G.

 

В качестве ключевого транзистора выступают 2 параллельно соединенных полевых транзистора STW25NM50N 22 А, 500 В

 

Конденсатор фильтра имеет емкость 560 мкФ рассчитан на напряжение 400 В, производства OST.

Преобразователь напряжения выполнен по схеме Two Switch Forward - прямоходовой преобразователь с двумя ключевыми транзисторами

 

Применен ШИМ контроллер LD7550 производства Leadtrend. В качестве ключевых транзисторов применены полевые транзисторы STW25NM50N 22 А, 500 В, такие же как и в модуле PFC. ШИМ контроллер расположен на основной плате блока.

Преимуществом применения двух транзисторов в преобразователе вместо одного является возможность установки в БП транзисторы с меньшим предельным напряжением сток-исток, которые не только дешевле(пара транзисторов на 500 В стоит дешевле одного на 1000 В), но и имеют Rds_on в 3-5 раз ниже, чем высоковольтные аналоги. В итоге получается больший КПД, более легкий отвод тепла от ключевых транзисторов, меньшая стоимость.

Выходной выпрямитель построен на диодах Шоттки SBR40U60CT, рассчитанных на ток 40 А и напряжение 42 В. На каждый канал (+3,3 В, +5 В, +12 В) установлено по две SBR40U60CT в параллель, это позволяет получить больший КПД на малых токах нагрузки по сравнению с одиночной сборкой, и увеличить максимальный ток нагрузки.

GP-AL-650A имеет групповую стабилизацию напряжений +12 В и +5 В, канал +3,3 В вырабатывается с помощью магнитного стабилизатора [2]. Жаль, но выходная низковольтная часть БП построена по классической схеме, отметить особо нечего.

Выходной фильтр состоит из пары конденсаторов 2200 мкФ на напряжение 16 В (ESR 32 мОм на частоте 100 кГц) в канале +12 В,  в канале +5 В установлена пара конденсаторов 2200 мкФ на 16 В, в канале +3,3 В один 2200 на 10 В (ESR 40 мОм на частоте 100 кГц). Все выходные конденсаторы производства OST серии RPL . Конденсаторы данного производителя имеют неплохие отзывы в кругах ремонтников железа [3]. Керамических конденсаторов в выходном фильтре нет.

Датчиками потребляемого тока служат 2 шунта, (R23 и R12+R22) установленные на основной плате БП.

 

GlacialPower GP-AL-650A не блещет диковинными схемотехническими решениями, а скорее наоборот-  напоминает схему построения БП ставшей классической (диоды Шоттки, групповая стабилизация и т.д.). Для бюджетного решения выглядит совсем не плохо.

 HuntKey HK701-11PEP 700W

 

БП пришел в картонной коробке, оформленной в серо-черных тонах с призывающим сохранять энергию лозунгом: Save Energy Save Earth

 

А вот и сам блок питания:

 

С основными характеристиками, заявленными производителем можно, ознакомится на сайте производителя. Основные особенности:

 

• Максимальный суммарный ток по шине +12 В заявлен 48 А (мощность 576 Вт).
• БП имеет сертификат 80 PLUS.
• БП не модульной конструкции.

 

Длины кабелей блока питания показаны в таблице:

 

Провода имеют стандарт 18AWG. Все провода убраны в пластиковую оплетку.

БП охлаждается одним вентилятором с диаметром крыльчатки 80мм на шарикоподшипнике.

 

Вентилятор имеет маркировку GP D80BH-12. Производитель Yate Loon Electronics. Типоразмер вентилятора 80мм.

Перейдем к рассмотрению внутреннего устройства блока.

 

 

Как видно из рисунков, блоки питания имеет две платы:

• Плата, содержащая входные фильтры, выпрямитель, модуль PFC, дежурный источник питания. Изготовлена из гетинакса. Пайка деталей выполнена на должном уроне, кроме одного момента (о нем ниже), в некоторых местах видны следы ручной настройки.
• Плата с расположенными на ней силовым преобразователем, выходным выпрямителем и фильтрами, а также системы защиты и стабилизации напряжения. Материал: текстолит (двухсторонняя разводка дорожек).

 

Хочется отметить то, что БП пришел на обзор в нерабочем состоянии. Внутри него в свободном полете болтался высоковольтный конденсатор.

 

Виной всему так называемая "холодная пайка". Видимо термопрофиль пайки производитель не до конца выдерживает, это может привести к разрушению пайки при механических нагрузках (например транспортировке), что, собственно говоря, и произошло в данном случае. Следует отметить, что это конденсатор не из входного фильтра (без которого бы БП все равно работал), а  разделительный конденсатор в источнике питания модуля PFC (без него блок бы не работал). После того как конденсатор был водружен на свое место, мы продолжили осмотр.На входе стоит фильтр нижних частот 2-го порядка с частотой среза около 50кГц. Входной выпрямитель выполнен на диодном мосте DT15XB80, рассчитанного на ток 15 А, 560 В. Диодный мост установлен на радиатор силовых транзисторов модуля PFC.

PFC модуль основан на контроллере UCC3818N производства Texas Instruments.

 

В качестве ключевого транзистора выступают 2 полевых транзистора SPP20N60C3 рассчитанных на ток 20 А, 600 В включенные параллельно.

Конденсатор фильтра имеет емкость 470 мкФ рассчитан на напряжение 450 В, производства Panasonic серии UQ.

Преобразователь напряжения выполнен по схеме Active Clamp Forward

 - прямоходовой преобразователь с активным демпфированием

 

Используется ШИМ контроллер UCC2894  производства Texas Inatruments. Ключевой транзистор составлен из двух полевых транзисторов FQA9N90C рассчитанных на ток 9 А, 900 В,  соединенных параллельно. Демпфирующий транзистор FQP4N90C  ток 4 А, 900 В.

Применение активного демпфирования позволяет избавиться сразу от двух паразитных эффектов присущих прямоходовым схемам (энергия индуктивности рассеяния трансформатора, паразитная емкость основного ключа). Облегчается режим работы основного ключевого транзистора (следовательно, меньший нагрев, требуется радиатор меньшей площади). Такая схема имеет большой КПД (90-93%), более легкий отвод тепла от ключевых транзисторов (в связи с применением двух параллельно соединенных транзисторов).

Выходной выпрямитель линии +12 В выполнен на диодах Шоттки 60SC6MT (документацию на них найти не удалось), четыре сборки соединены попарно параллельно. Линии +3,3 В и +5 В выпрямляются парами сборок STPS4045CW (40 А, 45 В) установленных в параллель. И снова никаких синхронных выпрямителей. Жаль, а ведь при такой схеме силового преобразователя синхронный выпрямитель может быть собран без применения специального управляющего блока, что вышло бы даже дешевле применения диодов Шоттки.

HuntKey HK701-11PEP также как и рассмотренный выше БП имеет групповую стабилизацию напряжений +12 В и +5 В, канал +3,3 В вырабатывается с помощью магнитного стабилизатора.

Выходной фильтр канала +12 В состоит из конденсатора 3300 мкФ на напряжение 25 В производства FCon (инфрмации по ним в интернете мало, а та что есть не особенно радует). Также установлен конденсатор 470  мкФ на напряжение 16 В внешне очень похожий на твердотельный, но так как документации на него найти не удалось, то утверждать это мы не беремся.

 

В каналах +3,3 В и +5 В также установлены по паре конденсаторов внешне как изображенный на рисунке 20, но емкостью 1500 мкФ и на напряжения 6,3 В и 10 В соответственно. Керамических конденсаторов в выходном фильтре также нет.

Датчиками потребляемого тока на линиях +12 В служат 4 шунта.

 

В целом HuntKey HK701-11PEP оставил о себе хорошее впечатление. Добротный продукт среднего ценового диапазона с рядом схемотехнических изысков, которые, как мы считаем, должны положительно сказаться на его выходных характеристиках. Вызывает опаску тот момент, что блок охлаждается одним вентилятором типоразмера 80 мм, причем далеко не высокого качества и это может стать причиной высокого уровня шума. Это нам предстоит проверить в разделе тестирования.

 

 

Antec TruePower 750 Blue

Самый мощный герой сегодняшнего обзора попал к нам в лабораторию к картонной коробке показанной на рисунке:

 

 

 Комплект поставки:

 

Заявленные производителем характеристики можно можно посмотреть на сайте производителя. Основные особенности блока:

• Максимальный суммарный ток по шине +12 В заявлен 62 А (мощность 744 Вт). Почти всю паспортную мощность блок может выдать по шинам +12 В.
• БП имеет сертификат 80 PLUS BRONZE. Следовательно, КПД блока не ниже 82%, 85%, 82% при нагрузках 20%, 50% и 100% соответственно. 
• БП имеет модульное исполнение.

 

Конфигурация  кабелей блока питания показаны в таблице:

 

Примечательно то, что из дополнительных Molex и Sata кабелей мы можем подключить только два, поскольку именно столько гнезд для подключения имеется в блоке.

Провода выполнены в соответствии со стандартом 18AWG, и имеют сравнительно большую длину. Блок без проблем разместится в корпусе форм-фактора bigtower. Все провода снабжены пластиковой оплеткой.

БП охлаждается одним вентилятором с диаметром крыльчатки 120мм на двух шарикоподшипниках.

 

Вентилятор имеет маркировку ADDA AD1212HB-A7BGL. Производитель Adda Corporation Тайвань. Типоразмер вентилятора 120мм.

При попытке нами заглянуть внутрь блока, он оказал молчаливое сопротивление :). Последний винт никак не хотел откручиваться. И вот когда он был уже окончательно сорван, и открутить его отверткой не представлялось возможным, мы прибегли к помощи более серьезного инструмента.

 

Против дрели блок устоять не смог, и нашему взору открылось его внутреннее устройство.

 

Материалом платы служит текстолит, покрытый черным лаком, дорожки разведены с двух сторон. Пайка выполнена на очень высоком уровне, отсутствуют следы ручной настройки. Стикер “RoHS”на коробке говорит о том, что для пайки деталей использовался бессвинцовый припой. Качество сборки можно оценить на отлично.

Посмотрим, какие схемотехнические изыски предложат нам разработчики блока.

 

На входе стоит фильтр нижних частот 3-го порядка с частотой среза около 40кГц. Часть его распаяна на дополнительной плате с разъемом сетевого питания и выключателем. Выпрямитель сетевого напряжения состоит из двух диодных мостов GBU806, рассчитанных на ток 8 А, 420 В. Выпрямитель установлен на отдельный небольшой радиатор.

Далее идет модуль PFC основанный на сдвоенном  PFC/PWM контроллере CM6802BHG. Контроллер расположен на отдельной плате перпендикулярно основной.

 

В качестве ключевого транзистора выступают 2 параллельно соединенных полевых транзистора SPW35N60C3 35 А, 600 В

Конденсатор фильтра имеет емкость 560 мкФ рассчитан на напряжение 400 В, производства United Chemi-Con (ссылка на http://www.chemi-con.com/). Эти конденсаторы считаются одними из самых надежных.

Преобразователь напряжения выполнен по схеме Two Switch Forward аналогично первому рассмотренному блоку GlacialPower GP-AL-650A. Ключевыми транзисторами являются SPW24N60C3 24 А, 600 В.

Основной преобразователь вырабатывает лишь одно напряжение +12 В оно выпрямляется 3-мя параллельно соединенными диодными сборками SBR40U45CT рассчитанными на ток 40 А и напряжение 45 В.

Каналы +3,3 В и +5 В преобразуются из 12 В с помощью двух DC-DC преобразователей, расположенных на небольшой дополнительной плате.

 

Такой подход позволяет практически исключить взаимное влияние напряжений друг на друга, несколько поднять КПД, но поскольку DC-DC преобразователи питаются от линии +12 В, то они что называется «сорят» в нее. Создают в линии +12 В помехи от своей работы.

В Выходном фильтре применены конденсаторы производства United Chemi-Con серии KY  1*3300 мкФ 16 В и 7*1000 мкФ 16 В (а также установлены 3 твердотельных конденсатора 820*16 В на плате преобразователей шин +5 В и +3,3 В), 2200*16 В и 1000*16 В в канале +5 В. Линия +3,3 В фильтруется 2*3300 на 10 В и 1000*10 В. Керамических конденсаторов в выходном фильтре нет, хотя в данном случае они дали бы значительное подавление спектра помех на высоких частотах, ведь их уровень будет выше чем у БП с групповой стабилизацией из-за наличия DC-DC конвертеров.

Датчиками потребляемого тока служат 4 дросселя фильтра (рисунок 3.10).

 

Подводя итог, можно заметить, что Antec TruePower 750 Blue не только самый мощный из рассматриваемых сегодня блоков, но также имеющий максимум интересных и сравнительно новых схемотехнических решений. При внутреннем осмотре произвел отличное впечатление. К тому же приглянется любителям моддинга и владельцам корпусов с прозрачной боковой стенкой потому, что имеет голубую подсветку. Самое время проверить, что же могут рассмотренные БП, то есть провести тестирование.

 

Тестирование

В качестве нагрузки выступали отрезки вольфрамовой спирали. Линии +12 В нагружались на 100%. Нагрузка на шины +5 В и +3,3 В составила 10 А, ссылаясь на [1] можно отметить что этого более чем достаточно. Измерялись действующие выходные напряжения после 30 минут работы, большее внимание было уделено пульсациям напряжения. Температура в помещении во время тестирования +26 градусов.

GlacialPower GP-AL-650A. Осциллограммы напряжений при тестировании показаны на рисунке:

 

Пульсации по шинам +3,3 В и +5 В практически повторяют друг друга по форме. Кратковременные всплески имеют размах 150 мВ (+3,3 В) и 160 мВ (+5 В) и выходят за предельно допустимые 50 мВ. Пульсации на линии +12 В имеют величину 110 мВ и укладываются в допустимые 120 мВ. Пульсации по линии +12 В имеют выраженный пилообразный вид и частоту около 70 кГц.

 

Максимальная температура выдуваемого воздуха (открытый стенд) составила 52 градуса, радиатора диодных сборок 75 градусов. Вентилятор после выключения работал еще около трех минут, для того чтобы охладить элементы БП. При работе шум практически не слышен (субъективная оценка). Действующие напряжения при максимальной (минимальной) нагрузках составили: 11,71(11,91) В; 4,95(4,94) В;  3,27(3,33) В. Остается отметить, что на максимальной нагрузке шина +12 В «просела» на 0,29 В, что легко вписывается в допустимые 10%.

 

HuntKey HK701-11PEP 700W. Осциллограммы представлены на рисунке:

 

Кратковременные всплески имеют размах 130 мВ (+3,3 В), 70 мВ (+5 В) и 150 мВ (+12 В). Такого рода всплески можно частично подавить, допаяв керамические конденсаторы параллельно выходным электролитам, тем самым улучшить выходные характеристики БП.

Температура воздуха выдуваемого вентилятором составила 47 градусов. Действующие напряжения на максимальной (минимальной) нагрузках: 12,05 (12,26) В, 5,10 (5,00) В, 3,26 (3,38) В.

Отдельно нужно сказать про шум, издаваемый блоком. Он высок, причем высок даже когда блок в ненагруженном состоянии (наши опасения относительно 80 мм вентилятора подтвердились), а через 10 минут прогрева уже назойлив. Покупать такой БП для построения тихого компьютера крайне не советуем.

 

Antec TruePower 750 Blue. Эпюры напряжений приведены на рисунке:

 

Размах пульсаций на шине 3,3 В не превышает 25 мВ, на шине 5 В – 50 мВ, а по шине 12 В – 120 мВ. Блок укладывается в рамки стандарта ATX по пульсациям при максимальной нагрузке.

Максимальная температура выдуваемого воздуха не превысила 46 градусов, а температура радиатора диодных сборок 58 градусов. Шум, издаваемый блоком, находился на низком уровне, больше выделялся рокот, характерный вентиляторам на шарикоподшипниках. Действующие напряжения на максимальной (минимальной) нагрузках: 12,04 (12,09) В, 5,05 (5,10) В, 3,32 (3,38) В. Antec TruePower 750 Blue лучше всех справился с тестированием и показал хорошие результаты.

Далее приведена сводная таблица результатов тестирования:

 

Из таблицы видно, что все сегодняшние участники удовлетворяют требованиям стандарта ATX по отклонению действующего напряжения. По пульсациям Antec TruePower 750 Blue удовлетворяет полностью, GlacialPower GP-AL-650A частично, а HuntKey HK701-11PEP 700W не удовлетворяет требованиям стандарта. Сравнивать блоки будет несколько неправильно, ибо помимо различной мощности они имеют и различную цену и занимают различные ценовые диапазоны. В заключение, отметим достоинства и недостатки каждого рассмотренного сегодня блока:

 

GlacialPower GP-AL-650A.

Достоинства:

• Недорогой (рекомендованная цена 2200 руб.).
• Низкий уровень шума.
• Имеет высокий КПД.
• Низкая рабочая температура.
• Высокая выходная мощность по линиям +12 В.
• Отклонения действующих значений выходных напряжений не превышают норму.
• Пульсации по линиям +12 В не превышают норму.

Недостатки:

• Пульсации по линиям +3,3 В и + 5 В сильно превышают норму.

 

HuntKey HK701-11PEP 700W.

Достоинства:

• Высокий КПД.
• Низкая рабочая температура.
• Высокая выходная мощность по линиям +12 В.
• Отклонения действующих значений выходных напряжений не превышают норму.

Недостатки:

• Пульсации по линиям всем линиям превышают норму.
• Высокий уровень шума.

 

Antec TruePower 750 Blue.

Достоинства:

• Низкий уровень шума.
• Высокий КПД.
• Раздельная стабилизация выходных напряжений.
• Низкая рабочая температура.
• Модульная структура.
• Высокая выходная мощность по линиям +12 В.
• Отклонения действующих значений выходных напряжений не превышают норму.
• Пульсации по всем линиям не превышают норму.
• Подсветка.

Недостатки:

• Не обнаружено существенных недостатков.

 

Наши рекомендации:

GlacialPower GP-AL-650A рекомендуем использовать для домашней игровой системы среднего уровня (4 ядра и 1 GPU), поскольку при загруженности ближе к 100% уровень пульсаций по линиям +5 В и +3,3 В превышает допустимый (при работе в собранном компьютере их уровень будет еще выше).Радиаторы этого БП довольно сильно нагреваются, если нагрузка близка к максимальной, в долгосрочной перспективе данный факт может негативно сказаться на сроке службы.

 

HuntKey HK701-11PEP 700W имеет высокий уровень шума, поэтому мы не рекомендуем использовать его при сборке  тихого домашнего ПК. Этот БП подойдет для игровой системы среднего уровня из-за завышенного уровня пульсаций по всем шинам относительно предельно допустимого значения (при максимально загрузке).

 

Antec TruePower 750 Blue мощный, тихий, уровень пульсаций при максимальной загрузке не превышает допустимого. Рекомендуем использовать при построении игровой системы высокого уровня (4 ядра и 2 GPU).

 

Следует помнить, что качество БП не только влияет на разгон системы, но и на внутреннее спокойствие владельца за состояние комплектующих, стоимость которых измеряется десятками тысяч рублей. Так что экономить тысячу на покупке БП не следует.

 

Благодарности и ссылки:

Спасибо kim55, demiurg, H@NTer, White за помощь при подготовке материала.

 

1. http://www.fcenter.ru/online.shtml?articles/hardware/tower/26716
2. http://www.rom.by/book/Magnitnyj_stabilizator
3. http://www.rom.by/book/Proizvoditeli_i_samye_chasto_vstrechajushchiesja_serii_0

Обсудить материал можно в соответствующем разделе нашего форума.