Первая версия форм-фактора ATX12V (версия 1.0) была представлена в феврале 2000 года, после чего стандарт несколько раз перерабатывался, в него вносились дополнения и удалялись становившиеся неактуальными требования. История развития ATX12V насчитывает семь модификаций первоначальной версии (версии 1.1, 1.2, 1.3, 2.0, 2.01, 2.1, 2.2), в результате принятия которых блок питания из классического ATX-ного блока питания превратился в современный источник, у которого отсутствует канал напряжения -5В, добавлены разъемы SATA и дополнительные разъемы для питания ядра процессора, ужесточены требования к акустическим и электрическим шумам, введен новый канал напряжения +12V2 и т.д.
В последней версии 2.2 (март 2005 года) к спецификации форм-фактора сделаны следующие дополнения:
1. Увеличена выходная мощность канала +12V. Так как количество компонентов компьютера, потребляющих напряжение +12В постоянно возрастает, возникает необходимость введения еще одного канала напряжения +12В, позволяющего обеспечить суммарное значение тока напряжения +12В более 18А. Все блоки питания ATX12V должны обеспечивать эти повышенные значения тока напряжения +12В.
2. Определены новые минимальные значения КПД. Вместо 70%, 72% и 65% (для полной, типовой и минимальной нагрузки соответственно) разработчикам рекомендуется придерживаться новых, более высоких, значений КПД – 77%, 80% и 75% соответственно.
3. Предлагается заменить основной выходной разъем блока питания с 20-контактного(2х10) на 24-контактный (2х12). Это сделано для обеспечения дополнительной мощности 75Вт, необходимой для поддержания шины PCI Express.
4. Для канала напряжения +12V2 (контактный разъем 2х2) разработчики блока питания должны предусмотреть отдельный токовый датчик для контроля величины потребляемого тока и для защиты от перегрузок.
Входные параметры
Блоки питания ATX12V должны иметь возможность работы в двух диапазонах питающего напряжения: 100-127В и 200-240В. Диапазон входных напряжений может выбираться либо с помощью переключателя на блоке питания, либо схемами автоматического определения и переключения номинала сети. Блок питания должен автоматически перезапускаться при восстановлении входного напряжения после его пропадания.
По входу источника питания в обязательно порядке должны быть предусмотрены следующие защиты:
1. Защита от превышения входного тока.
2. Ограничение пускового тока.
3. Защита от понижения входного напряжения.
4. Защита при возникновении аварийных ситуаций.
Токовая защита. Входные цепи блока питания должны быть защищены предохранителем, предотвращающим протекание чрезмерно-большого тока, при этом должны применять предохранители с задержкой срабатывания, что предотвращает его срабатывание от помех.
Ограничение пускового тока. В составе блока питания должна быть предусмотрена цепь, обеспечивающая ограничение пускового тока на уровне, безопасном для предохранителя, диодного моста, фильтра, сетевого кабеля и выключателя. Эта цепь может допускать протекание пускового тока и без ограничения, но только в течение трех циклов переменного входного тока. Повторяющееся включение/выключение блока питания не должно приводить к повреждению входных цепей блока питания, и в первую очередь предохранителя.
Защита от понижения входного напряжения. Блок питания должен содержать встроенную цепь защиты, позволяющую отключать источник в том случае, если его входное напряжение становится ниже минимально-допустимого входного напряжения (см. табл.1). Такое отключение не должно приводить к отказу, каких бы то ни было компонентов блока питания.
Таблица 1
|
Параметр |
Значение |
Ед. измер. |
||
|
мин |
ном |
макс |
||
|
Входное напряжение Vin (для сети 115В) |
90 |
115 |
135 |
Vrms |
|
Входное напряжение Vin (для сети 230В) |
180 |
230 |
265 |
Vrms |
|
Частота входного тока Fvin |
47 |
--- |
63 |
Hz |
Защиты при возникновении аварийных ситуаций. В спецификации форм-фактора, кроме всего прочего, описывается и поведение источника питания в случае его неисправности. Так, например, при отказе компонентов источника питания не должно возникать таких ситуаций и явлений, как:
- открытый огонь;
- сильный дым;
- обугливание печатной платы;
- выгорание дорожек печатного монтажа платы;
- сильные помехи;
- появление расплавленных материалов;
- появление короткого замыкания между корпусом блока питания и схемной «землей».
Основные параметры входного напряжения блоков питания представлены в таблице 1.
При разработке и проектировании современных источников питания приходится учитывать и рекомендации различных энергосберегающих стандартов и программ, например, таких, как Energy Star, EPA, Blue Angel, RAL-UZ 78, US Presidential 13221 и др.
В частности, в спецификациях Energy Star имеется раздел, в котором регламентируется максимальный уровень мощности, потребляемой блоком питания в то время, когда компьютер находится в режимах малого потребления энергии (режим Sleep – S1 или S3). Требования Energy Star по потребляемой мощности при работе в энергосберегающих режимах изложены в таблице 2. КПД источника питания при работе в режимах Sleep в любом случае должен быть более 50%.
Таблица 2
|
Мощность источника питания |
Действующее значение входной мощности при работе компьютера в режимах Sleep |
|
Меньше 200 Вт |
Менее 15 Вт |
|
От 200 Вт до 300 Вт |
Менее 20 Вт |
|
От 300 Вт до 350 Вт |
Менее 25 Вт |
|
От 350 Вт до 400 Вт |
Менее 30Вт |
|
Более 400 Вт |
10% от полной мощности |
|
Более 450 Вт |
10% от полной мощности |
Вышеназванные энергосберегающие стандарты и программы рекомендуют повышать КПД дежурного источника питания, формирующего напряжение +5V_SB, до максимально возможного уровня. КПД дежурного источника питания измеряется при условии, что основной преобразователь не работает (т.е. сигнал PS_ON установлен в высокий уровень). КПД дежурного источника не должен быть ниже 50% даже при минимальной нагрузке (ток 100мА).
Выходные параметры блоков питания ATX12V
Начиная с версии 1.2 (январь 2002 года) в описаниях форм фактора ATX12V не упоминается напряжение -5В, а с версии 2.01 (июнь 2004 года) канал -5В уже исключен из выходных напряжений, т.к. в современных компьютерах уже нет потребителей этого напряжения.
Параметры выходных напряжений блока питания приводятся в таблице 3.
Таблица 3
|
Напряжение |
Допуск, (%) |
Значение, (В) |
||
|
мин |
ном |
макс |
||
|
+12V1 |
±5% |
+11.40 |
+12.00 |
+12.60 |
|
+12V2 |
±5% |
+11.40 |
+12.00 |
+12.60 |
|
+5V |
±5% |
+4.75 |
+5.00 |
+5.25 |
|
+3.3V |
±5% |
+3.14 |
+3.30 |
+3.47 |
|
-12V |
±10% |
-10.80 |
-12.00 |
-13.20 |
|
+5VSB |
±5% |
+4.75 |
+5.00 |
+5.25 |
На выходе блока питания различают два канала напряжения +12В:
1) +12V1 (напряжение, подаваемое на основной коннектор и коннекторы дисковых устройств).
2) +12V2 (напряжение питания ядра процессора – выводится на дополнительный 4-х контактный коннектор).
Почти для всех напряжений допустимым считается отклонение на 5%, однако по каналу +12V1 допускается отклонение напряжения на 10% в момент пиковой нагрузки. Но к каналу +12V2 предъявляются более жесткие требования по стабильности, и поэтому даже в момент пиковой нагрузки напряжение в этом канале не должно быть ниже 11В.
Канал +3.3В должен быть оснащен датчиком тока, который позволяет оценить падение напряжения в проводах канала. Этот датчик соединен с контактом 13 основного коннектора посредством дополнительного провода. Сигнал датчика чаще всего обозначается +3.3VS. Для того чтобы обеспечить минимальное падение напряжения на датчике +3.3V ток через возвратный провод датчика не должен превышать значения 10мА.
Выходная мощность блока питания форм-фактора ATX12V находится в диапазоне от 250 Вт до 450 Вт. В последней спецификации описаны источники питания с выходной мощностью 250Вт, 300Вт, 350Вт, 400Вт и 450Вт. Распределение мощности по каналам для каждого из блоков питания представлено в табл.4.
Таблица 4
|
Мощность блока питания |
Суммарная мощность каналов +5V и +3.3V |
Выходные напряжения |
Величина тока |
||
|
Минимальный |
Максимальный |
Пиковый |
|||
|
250 W |
Не более 115 Вт |
+ 12V1 |
1.0 |
8.0 |
9.0 |
|
+ 12V2 |
1.0 |
13.0 |
16.5 |
||
|
+ 5V |
0.3 |
12.0 |
- |
||
|
+ 3.3V |
0.5 |
14.0 |
- |
||
|
- 12V |
0.0 |
0.3 |
- |
||
|
+ 5VSB |
0.0 |
2.5 |
3.5 |
||
|
300W |
Не более 120 Вт |
+ 12V1 |
1.0 |
8.0 |
9.0 |
|
+ 12V2 |
1.0 |
13.0 |
16.5 |
||
|
+ 5V |
0.3 |
12.0 |
- |
||
|
+ 3.3V |
0.5 |
18.0 |
- |
||
|
- 12V |
0.0 |
0.3 |
- |
||
|
+ 5VSB |
0.0 |
2.5 |
3.5 |
||
|
350W |
Не более 130 Вт |
+ 12V1 |
1.0 |
10.0 |
11.0 |
|
+ 12V2 |
1.0 |
13.0 |
16.5 |
||
|
+ 5V |
0.3 |
12.0 |
- |
||
|
+ 3.3V |
0.5 |
20.0 |
- |
||
|
- 12V |
0.0 |
0.3 |
- |
||
|
+ 5VSB |
0.0 |
2.5 |
3.5 |
||
|
400W |
Не более 130 Вт |
+ 12V1 |
1.0 |
14.0 |
15.0 |
|
+ 12V2 |
1.0 |
13.0 |
16.5 |
||
|
+ 5V |
0.3 |
14.0 |
- |
||
|
+ 3.3V |
0.5 |
20.0 |
- |
||
|
- 12V |
0.0 |
0.3 |
- |
||
|
+ 5VSB |
0.0 |
2.5 |
3.5 |
||
|
450 W |
Не более 130 Вт |
+ 12V1 |
1.0 |
14.0 |
15.0 |
|
+ 12V2 |
1.0 |
16.0 |
19.0 |
||
|
+ 5V |
0.3 |
15.0 |
- |
||
|
+ 3.3V |
0.5 |
22.0 |
- |
||
|
- 12V |
0.0 |
0.3 |
- |
||
|
+ 5VSB |
0.0 |
2.5 |
3.5 |
||
А на рис.1 – рис.5 дается графическое представление распределения выходной мощности по каналам при различных вариантах подключаемой нагрузки.
Рис.1
Рис.2
Рис.3
Рис.4
Рис.5
Блок питания должен выдерживать без отказа компонентов пиковый ток, возникающий в каналах +12V и +5VSB, в течение 17 секунд при соблюдении условия, что этот пик не будет повторно возникать в течение минуты. Величина этого пикового тока также указана в таблице 4. Пиковое значение тока в канале +12V2 (питание ядра процессора) блок питания должен выдерживать в течение 10 мс, и при этом напряжение канала не должно становиться ниже +11.0В.
Минимальные и рекомендуемые значения КПД для блоков питания форм-фактора АTX12V указаны в таблице 5.
Таблица 5
|
КПД |
Тип нагрузки |
||
|
Полная |
Типовая |
Легкая |
|
|
Требуемое значение КПД |
70% |
72% |
65% |
|
Рекомендуемое значение КПД |
77% |
80% |
75% |
КПД зависит от величины нагрузки, поэтому при его измерении и расчете принимаются следующие градации величины нагрузки:
1. Полная нагрузка – 100%.
2. Типовая нагрузка – составляет 50% от полной нагрузки.
3. Легкая нагрузка – составляет 20% от полной нагрузки.
КПД блоков питания измеряется при номинальном входном напряжении, при номинальных условиях работы (см. табл.12) и при нагрузке, токи которой указаны в таблице 6. С методиками и принципами вычисления величины нагрузки и вычисления КПД источников питания можно ознакомится на сайте www.efficientpowersupplies.org.
Таблица 6
|
Тип нагрузки |
Величина тока, (А) |
|||||
|
+12V1 |
+12V2 |
+5V |
+3.3V |
-12V |
+5VSB |
|
|
250 Вт |
||||||
|
Полная нагрузка |
5.3 |
9.1 |
12 |
14 |
0.3 |
1.0 |
|
Типовая нагрузка |
2.6 |
4.5 |
7.8 |
1.8 |
0.1 |
1.0 |
|
Легкая |
1.0 |
1.8 |
1.6 |
1.8 |
0.0 |
1.0 |
|
300 Вт |
||||||
|
Полная нагрузка |
6.0 |
10.5 |
9.0 |
13.5 |
0.3 |
1.0 |
|
Типовая нагрузка |
3.0 |
5.3 |
4.5 |
6.8 |
0.1 |
1.0 |
|
Легкая |
1.2 |
2.1 |
1.8 |
2.7 |
0.0 |
1.0 |
|
350 Вт |
||||||
|
Полная нагрузка |
7.9 |
11.9 |
9.5 |
15.9 |
0.3 |
1.0 |
|
Типовая нагрузка |
4.0 |
6.0 |
4.8 |
7.9 |
0.1 |
1.0 |
|
Легкая |
1.6 |
2.4 |
1.9 |
3.2 |
0.0 |
1.0 |
|
400 Вт |
||||||
|
Полная нагрузка |
11.2 |
12.0 |
11.2 |
16.0 |
0.3 |
1.0 |
|
Типовая нагрузка |
5.6 |
6.0 |
5.6 |
8.0 |
0.1 |
1.0 |
|
Легкая |
2.2 |
2.4 |
2.2 |
3.2 |
0.0 |
1.0 |
|
450 Вт |
||||||
|
Полная нагрузка |
12.6 |
14.2 |
11.8 |
17.4 |
0.3 |
1.0 |
|
Типовая нагрузка |
6.3 |
7.1 |
5.9 |
8.7 |
0.1 |
1.0 |
|
Легкая |
2.5 |
2.8 |
2.4 |
3.5 |
0.0 |
1.0 |
Нестабильность выходных напряжений во многом определяет качество источника питания, поэтому в описании форм-фактора специфицируется уровень нестабильности выходных напряжений и величина допустимых помех. Эти показатели должны измеряться при номинальных уровнях входного переменного напряжения и при соответствующей нагрузке, токи потребления которой указаны в таблице 4. Помехи выходных напряжений могут носить как случайный, так и периодический характер, находясь в диапазоне частот от 10Гц до 20 МГц. Для измерения уровня выходных пульсаций и шумов необходимо использовать осциллограф с полосой пропускания до 20 МГц. В тестируемом канале напряжения необходимо устанавливать «конденсаторный шунт» между блоком питания и нагрузкой, что позволяет эмулировать системную нагрузку. Этот шунт должен состоять из двух конденсаторов: дискового керамического конденсатора, емкостью 0.1 мкФ, и электролитического конденсатора, емкостью 10мкФ. Схема измерения выходных пульсаций представлена на рис.6.
Рис.6
Измерения необходимо проводить дважды: для минимальной нагрузки и для максимальной нагрузки. Величина допустимых пульсаций выходных напряжений представлена в таблице 7.
Таблица 7
|
Выходное напряжение |
Величина допустимых пульсаций, (мВ) |
|
+12V1 |
120 |
|
+12V2 |
120 |
|
+5V |
50 |
|
+3.3V |
50 |
|
-12V |
120 |
|
+5V_SB |
50 |
Реакция на импульсные изменения нагрузки является еще одной характеристикой блока питания, описанной в спецификации форм-фактора АTX12V. Выходные напряжения блока питания должны находится в допустимых пределах, указанных в таблице 3, даже в том случае, когда ток нагрузки скачкообразно изменяется (в определенных пределах и с определенной скоростью). При измерениях данного параметра блока питания, допустимой скоростью изменения выходного тока считается 1 А/мкс. Допустимые отклонения нагрузки, при которых выходные напряжения должны оставаться в рабочем диапазоне, приводятся в таблице 8. Так, например, если в блоке питания мощностью 300Вт максимально значение тока для канала +5V составляет 12А, то в соответствии с табл. 8 получим для него допустимое отклонение тока 3.6А (12А х 30%).
Таблица 8
|
Выходное напряжение |
Величина допустимого изменения нагрузки |
|
+12V1 |
40% |
|
+12V2 |
60% |
|
+5V |
30% |
|
+3.3V |
30% |
|
-12V |
0.1 А |
|
+5V_SB |
0.5 А |
Значения таблицы 8 корректны только лишь при следующих условиях:
- изменение тока нагрузки происходит одновременно во всех трех основных каналах напряжения (+12V, +5V, +3.3V) причем изменение происходит в одном направлении (например, ток всех каналов возрастает);
- частотный диапазон изменений нагрузки находится в пределах от 50 Гц до 10 кГц;
- емкость нагрузки каждого канала соответствует значению, указанному в таблице 9;
- параметры входного сетевого напряжения соответствуют значениям, указанным в таблице 1.
Емкость нагрузки, подключенной к каждому из выходных каналов блоков питания, приводится в таблице 9. Блок питания должен запускаться и формировать номинальные выходные напряжения при подключении к нему нагрузки с указанной емкостью.
Таблица 9
|
Выходное напряжение |
Емкость нагрузки, (мкФ) |
|
+12V1 |
5 000 |
|
+12V2 |
3 000 |
|
+5V |
6 000 |
|
+3.3V |
6 000 |
|
-12V |
350 |
|
+5V_SB |
350 |
Требования к стабилизации выходных напряжений указывают, что стабилизация должна осуществляться схемой управления с обратной связью. Для этой схемы рекомендуемый запас регулировки по фазе составляет 45°, а запас по усилению составляет 10 дБ. Эти значения рекомендуются как для максимального, так и для минимального значения нагрузки.
Временная зависимость формирования выходных напряжений блока питания определяет, что во время запуска и работы блока питания, уровни напряжения в каналах +5V и +12V должны быть больше, или, хотя бы, должны быть равны уровню напряжения в канале +3.3V. Напряжения +5V и +12V должны достигать минимального уровня, при котором может осуществляться их регулировка и стабилизация, на 20 мс раньше, чем напряжение +3.3V (рис.7). Дело в том, что в каналах +5V и +12V обычно устанавливаются конденсаторы большой емкости, а, кроме того, к этим каналам подключается значительная емкостная нагрузка. Все это приводит к тому, что напряжение в них в момент запуска будет нарастать значительно медленнее, чем в канале+3.3V. Однако разработчики блоков питания, все-таки, должны использовать такие схемотехнические решения, которые позволят получить зависимость, изображенную на рис.7.
Рис. 7
Реакция на пропадание входного напряжения должна быть следующей: при пропадании входного питающего напряжения блок питания должен обеспечивать формирование выходных напряжений, находящихся в допустимых пределах (см. табл.3), в течение, как минимум, 17 мс (при работе блока питания на максимальную нагрузку). Такая временная задержка позволит не реагировать компьютеру на кратковременные пропадания сетевого напряжения.
Требования к запуску основного преобразователя, формирующего напряжения +5V, +12V и +3.3V заключаются в том, что время, в течение которого выходные напряжения должны достигнуть номинальных значений на выходе блока питания после активизации сигнала PS_ON (низким уровнем), не должно превышать 500 мс (период Т1 на рис.9).
Зависимость скорости нарастания выходных напряжений имеет большое значение для обеспечения корректного запуска компьютера. Поэтому в спецификации ATX12V определяются основные параметры кривой нарастания выходных напряжений. В частности, спецификация определяет, что время нарастания выходных напряжений от 10% до 90 % их номинального уровня должно составлять от 0.2 до 20 мс (период времени Т2 на рис.9). При этом угол наклона кривой нарастания должен находиться в диапазоне от 0 В/мс до [Vout/0.1] В/мс. Кроме того, в спецификации указывается еще и другая характеристика кривой нарастания напряжений: если взять любой 5-милисекундный сегмент этой кривой, и провести прямую линию, соединяющую две крайних точки этого сегмента, то угол наклона этой линии должен превышать значение [Vout/20] В/мс (рис.8).
Рис.8
Величина выбросов выходных напряжений в моменты включения/выключения блока питания не должна превышать 10 % от номинальных значений, а отрицательные выбросы на выходах не допускаются ни при каких условиях.
Требования к сигналу PWR_OK (Power Good). Этот сигнал своим высоким уровнем показывает, что выходные напряжения +5V, +12V и +3.3V находятся в допустимых пределах (табл.3), а также то, что в источнике запасена достаточная энергия, которая позволит ему поддерживать эти выходные напряжения не менее 17 мс даже при пропадании входного питающего напряжения. В низкий уровень сигнал PWR_OK должен устанавливаться в том случае, если:
- любое из напряжений +5V, +12V и +3.3V становится ниже минимально-допустимого уровня;
- входное питающее напряжение пропадает на значительный период времени.
Рис.9
Временные диаграммы формирования сигнала PWR_OK и выходных напряжений представлены на рис.9, а в таблице 10 описаны параметры этого сигнала. К рис.9 стоит сделать одно примечание – дело в том, что сигнал PWR_OK должен активизироваться высоким уровнем при достижении выходными напряжениями величины 95% от номинального значения.
Таблица 10
|
Параметр |
Значение |
|
Тип сигнала PWR_OK |
+5В ТТЛ |
|
Низкий уровень сигнала PWR_OK |
менее 0.4В (4мА) |
|
Высокий уровень сигнала PWR_OK |
от 2.4В до 5В (200 мкА) |
|
Выходное сопротивление при высоком уровне сигнала PWR_OK |
1 кОм между выходом и «общим» |
|
Временная задержка формирования сигнала PWR_OK (T3) |
от 100 мс до 500 мс |
|
Время нарастания сигнала PWR_OK (Т4) |
менее 10 мс |
|
Временная задержка при пропадании входного напряжения (Т5) |
более 16 мс |
|
Время упреждения при уменьшении выходных напряжений (Т6) |
более 10 мс |
Требования к сигналу PS_ON/. Управление, а точнее запуск/отключение блока питания, осуществляется сигналом удаленного управления PS_ON#. Сигнал активен низким логическим уровнем и формируется системной платой, позволяя осуществлять программное включение и отключение блока питания. При установке сигнала PS_ON# в низкий уровень (напряжение величиной от 0В до 0.8В), блок питания начинает формировать четыре выходных напряжения +12V, +5V, +3.3V, -12V, а при установке сигнала в высокий уровень (от 2.0В до 5.25В) эти напряжения перестают формироваться, и на выходах блока питания устанавливаются нулевые напряжения. Сигнал PS_ON# не оказывает влияния на выходное напряжение +5VSB. Блоком питания должно обеспечиваться внутреннее начальное смещение сигнала PS_ON# в высокий логический уровень. Кроме того, блок питания должен быть оснащен цепью, предотвращающей «дрожание» сигнала PS-ON#, т.к. нестабильность уровня этого сигнала может приводить к периодическим несанкционированным переключениям блока питания, особенно в случае формирования сигнала PS-ON механическими переключателями.
В спецификации также предусмотрена ситуация, когда сигнал PS-ON активизируется в момент «просадки» силовой шины. Если сигнал PS_ON длительностью от 10мс до 100мс будет сформирован в момент такой «просадки», то это не должно приводить к блокировке источника питания.
Если источник питания отключается и переходит в состояние блокировки прежде, чем в его выходных цепях возникает неисправность, то нормальное функционирование блока может продолжаться только после «переинициализации» сигнала PS_ON. Для выведения блока питания из состояния блокировки, сигнал PS-ON должен установиться в высокий уровень (неактивное состояние) на время не менее 1 секунды, после чего опять должен вернуться состояние низкого уровня (активное состояние).
Требования к дежурному источнику питания. К напряжению питания дежурного источника (+5VSB) предъявляется значительно меньше требований – для него указывается лишь то, что оно должно устанавливаться на заданном уровне не позднее чем через 2 секунды после включения блока питания в сеть.
Выходное напряжение дежурного источника питания +5VSB должно формироваться в течение всего времени, пока на входе блока питания имеется переменное напряжение. К стабильности напряжения +5VSB предъявляются жесткие требования – допустимое отклонение не должно превышать 5%. Источник дежурного питания должен обеспечивать величину тока до 2.5 А при условии стабильности напряжения. В момент активизации какого-либо устройства, особенно устройства USB, ток потребления может достигать величины 3.5А. Дежурный источник питания должен выдерживать этот пиковый ток без повреждения более 3 секунд. Токовая защита дежурного источника питания не предусматривает контроля величины выходного тока канала +5VSB, т.к. дежурным источником питаются еще и внутренние цепи блока питания. Однако отсутствие непосредственного контроля тока не должно приводить к повреждениям дежурного источника в случае «коротких» замыканий и больших токов в нагрузке канала +5VSB.
Защита выходов
Спецификация АTX12V требует наличия на выходе блоке питания различных защитных функций. Хотя конкретных рекомендаций и схемотехнических решений по проектированию этих защит не приводится, общие принципы их функционирования и назначения все же описаны. Вот некоторые из этих рекомендаций.
Защита от превышения напряжений. Датчики напряжения должны быть отделены от микросхемы управления и должны располагаться на некотором удалении от нее. Случайные ошибки, зафиксированные датчиками напряжения, не должны становиться причиной длительного повышения напряжения в одном или во всех выходных каналах. В случае превышения выходных напряжений сверх установленных значений, блок питания должен выключаться, причем защита должна быть триггерного типа, т.е. после ее активизации блок питания не должен самопроизвольно перезапускаться. Пороговые напряжения срабатывания защиты представлены в таблице 11.
Таблица 11
|
Канал |
Порог срабатывания защиты от превышения напряжения, (В) |
||
|
мин |
ном |
макс |
|
|
+12V1 |
+13.40 |
+15.00 |
+15.60 |
|
+12V2 |
+13.40 |
+15.00 |
+15.60 |
|
+5V |
+5.74 |
+6.30 |
+7.00 |
|
+3.3V |
+3.76 |
+4.20 |
+4.30 |
Защита от коротких замыканий. Короткое замыкание в нагрузке определяется в том случае, если в любом из каналов сопротивление между выходом и «землей» становится меньше, чем 0.1 Ом. Защита от коротких замыканий также должна быть триггерного типа. Каналы +12V1 и +12V2 должны иметь собственные (независимые) токовые датчики. Замыкание между каналом +5VSB и основными выходными напряжениями не должно приводить к отказу блока питания.
Короткое замыкание в канале +5VSB не должно приводить в блокировке источника питания, т.е. защита этого канала не должна быть триггерного типа. После устранения короткого замыкания в этом канале, дежурный источник должно автоматически перезапуститься.
Возникновение длительного короткого замыкания не должно приводить к повреждению компонентов блока питания (выгоранию дорожек печатного монтажа, разрушению коннекторов, выгоранию компонентов и т.п.). Максимальная энергия короткого замыкания не должна превышать значения 240ВА в любом из выходных каналов.
Работа без нагрузки. Запуск блока питания без подключения какой-либо нагрузки не должен приводить к его отказу. В спецификации АTX12V содержится рекомендация, по которой блок питания вообще не должен запускаться без нагрузки, переходя в состояние блокировки.
Защита от превышения тока. Эта защита должна быть спроектирована таким образом, чтобы исключить протекание в нагрузке тока, сверх лимитированного значения. При превышении нагрузки блокировка выходов источника питания должна происходить раньше, чем потребление энергии в любом из тестируемых каналов достигнет величины 240 ВА. При тестировании данной защиты необходимо обеспечить скорость нарастания тока, равную минимум 10 A/с при полной нагрузке.
Защита от перегрева. Защита от превышения температуры внутри блока питания является опциональной, т.е. не обязательной для реализации. Повышение температуры, чаще всего, является следствием плохой работы вентилятора или слишком больших токов нагрузки. Защита от перегрева может быть как триггерной, так и автоматически перезапускаемой. В последнем случае разработчики обязаны предусмотреть значительный температурный гистерезис, чтобы избегать частого и периодического срабатывания этой защиты.
Шунтирование выходов. «Земля» выходных каналов должна быть соединена с корпусом блока питания, а корпус блока питания, в свою очередь, дожжен быть соединен с шасси компьютера.
Механические и другие параметры блоков питания ATX12V
Габаритные размеры блока питания должны составлять 150х140х86 мм (рис.10). В стандарте отмечено, что выходной поток воздуха системного блока создается вентилятором источника питания, проходит через него и выдувается через заднюю стенку корпуса.
Рис. 10
Вентилятор блока питания должен представлять собой осевой 80-миллиметровый вентилятор. Вентилятором должен создаваться поток воздуха объемом 25-35 м3/мин. Желательно, чтобы скорость вентилятора регулировалась схемой термического контроля. Это позволяет оптимизировать температуру внутри блока питания, а также снижать уровень акустического шума, генерируемого блоком питания. Желательно, чтобы датчик температуры располагался на радиаторе вторичных выпрямителей и обдувался входящим воздушным потоком. Это позволит схеме термического контроля регулировать скорость вращения вентилятора не только при изменениях температур блока питания, но и при изменениях температуры внутри корпуса компьютера. Вентилятор должен включаться и выключаться сигналом PS_ON (высоким уровнем сигнала PS_ON вентилятор выключается). Желательно, чтобы рассекатель воздушного потока вентилятора был изготовлен из штампованного металла – это уменьшает уровень акустических вибраций. Требования к вентиляционным отверстиям в корпусе блока питания предполагают, что они должны создавать как можно меньшее препятствие воздушному потоку из системного блока, т.е. они должны быть настолько большими, насколько это возможно и при этом создавать минимум шума. Наличие любых объектов ближе, чем 1.5 см от входных и выходных вентиляционных отверстий недопустимо.
На корпусе блока питания должна размещаться этикетка, в которой в обязательном порядке должна быть отражена следующая информация:
1) Информация о продукции и производителе (наименование фирмы-производителя, модель, серийный номер, дата изготовления и т.п.). Эта информация может указываться как в виде штрих кода, так и в виде текста.
2) Диапазон входных напряжений и номинал потребляемого тока.
3) Выходные напряжения и допустимые токи для каждого из них.
4) Предупреждающий текст: «Не снимать эту крышку. Доступ только для квалифицированных специалистов. Пользователям работы внутри блока запрещены». Надписи подобного содержания должны быть приведены на английском, немецком, испанском, французском, японском и китайском языках. Эти надписи должны сопровождаться соответствующими предупреждающими знаками.
Атмосферные условия и внешние воздействия, при которых должен храниться и функционировать блок питания, представлены в таблице12, которая содержит лишь самые основные характеристики.
Таблица 12
|
Атмосферные условия и механические воздействия |
Допустимые значения |
|
Рабочая температура |
От +10 до +50 °С. Скорость изменения температуры при работе на полную нагрузку может достигать в отдельные моменты времени значения 5 °С за 10 минут, но, в целом, скорость изменения температуры не должна превышать значения 10 °С/час. |
|
Температура при хранении |
От -40 до +70 °С. Максимальная скорость изменения температуры не должна быть более 20 °С/час. |
|
Термические удары (при транспортировке) |
От -40 до +70 °С при скорости изменения температуры от 15 °С/мин до 30 °С/мин. Устойчивость к термическим ударам должна тестироваться в течение 50 циклов. Временной период полуцикла (от одного температурного предела до другого) составляет 30 минут. |
|
Относительная влажность |
При работе: 85% (без образования конденсата). При хранении: 95% (без конденсата). |
|
Механические удары |
50g |
Важной энергетической характеристикой блоков питания является величина токов нечетных гармоник. Эта характеристика дает представление о форме входного тока и величине коэффициента мощности. Спецификация ATX12V регламентирует максимально допустимую величину токов гармоник на уровнях, указанных в табл.13. Значения, приведенные в этой таблице, полностью соответствуют европейским стандартам на оборудование класса D.
Таблица 13
|
Номер гармоники |
Величина тока гармоники |
|
|
для сети 230В/50Гц |
для сети 100В/50Гц |
|
|
3 |
2.3 |
5.29 |
|
5 |
1.14 |
2.622 |
|
7 |
0.77 |
1.771 |
|
9 |
0.4 |
0.92 |
|
11 |
0.33 |
0.759 |
|
13 |
0.21 |
0.483 |
|
15 < N < 39 |
0.15 х (15/N) |
0.345 х (15/N) |
Важной энергетической характеристикой блоков питания является величина токов нечетных гармоник. Эта характеристика дает представление о форме входного тока и величине коэффициента мощности. Спецификация ATX12V регламентирует максимально допустимую величину токов гармоник на уровнях, указанных в табл.13. Значения, приведенные в этой таблице, полностью соответствуют европейским стандартам на оборудование класса D.
Уровень акустического шума, формируемого блоком питания не должен превышать значения 4.0 BA при температуре 43° , при 50% нагрузке и на высоте, соответствующей уровню моря.
Выходные разъемы блока питания
Набор выходных разъемов блоков питания форм-фактора ATX12V является достаточно обычным:
- основной разъем;
- разъем для питания ядра процессора;
- разъем для подключения периферийных устройств (HDD/CD/DVD и т.п.);
- разъем для подключения FDD;
- разъем для питания ATA-устройств.
Для всех выходных напряжения должны использоваться провода, рассчитанные на напряжение постоянного тока величиной 300В и способные выдерживать температуру, как минимум 85 °С. Длина проводов основного разъема должна быть не менее 280мм, а длина проводов остальных разъемов – не менее 250 мм.
Распределение сигналов по контактам разъемов показано на рис.11, а их описание представлено в таблице 14.
Рис.11
Таблица 14
|
Напряжение/сигнал |
Цвет провода |
|
+12V1 |
желтый |
|
+12V2 |
желтый |
|
+5V |
красный |
|
+3.3V |
оранжевый |
|
-12V |
синий |
|
+5V_SB |
фиолетовый |
|
COM |
черный |
|
PWR_OK (питание в норме – сигнал устанавливается в высокий уровень, когда все выходные напряжения достигают номинальных значений) |
серый |
|
PS_ON# (удаленное управление – при установке сигнала в низкий уровень запускается основной преобразователь) |
зеленый |
|
+3.3V SEN (датчик +3.3В – сигнал контроля падения напряжения на проводах) |
коричневый |
Вот, что собою представляет форм-фактор ATX12V. Конечно же, в его спецификации имеется очень много того, что мы уже встречали при знакомстве и с другими форм-факторами. Но, как говорится, «из песни слов не выкинешь», и поэтому мы привели все основные пункты спецификации ATX12V, ведь она представляет собой логически-законченный документ с вполне определенным набором обязательных пунктов. Также хочется еще раз подчеркнуть, что спецификации форм-факторов носят рекомендательный характер для разработчиков, и этим рекомендациям следуют те производители, которые хотят, чтобы их продукция удовлетворяла всем самым высоким мировым требованиям. Но на нашем рынке очень много изделий, которые нельзя отнести ни к одному из современных типов блоков питания, при производстве которых не соблюдаются не то что рекомендации, но и обязательные требования. Очень хочется надеяться, что знакомство с основами, заложенными в конструкцию блоков питания, помогут более избирательно подходить к выбору оборудования при его приобретении.
