Power — это сила!

Автор: Юрий Ревич.

© 2004, Издательский дом | http://www.computerra.ru/

Журнал «Домашний компьютер» | http://dk.compulenta.ru/

Этот материал Вы всегда сможете найти по его постоянному адресу: /2006/121/280065/

Если бы я был на месте врачей, я бы окружил медицину священным и таинственным ореолом: врачи в свое время положили хорошее начало этому делу, но не довели его до конца.

Монтень, «Опыты» (II, 37)

С одной стороны, особой заботы источники питания (ИП) современных компьютеров, периферийных устройств, аксессуаров и всяких гаджетов требуют не больше, чем иные компоненты аппаратуры бытового назначения. Работает — и отлично, а поломки в этой области случаются ничуть не чаще, чем в любой другой. Причем выход из строя источника питания ПК в большинстве случаев гораздо менее «чрезвычайная» ситуация, чем, к примеру, выгорание южного моста на материнской плате, или, что еще хуже, поломка жесткого диска, — заменил (или отремонтировал) и поехали дальше. Конечно, если только это поломка ИП самого по себе, а не в ряду других неисправностей.

С другой стороны, неправильное питание устройства может причинить значительные убытки, как материальные, так и моральные. И совершенно необязательно по вашей вине — не такая уж редкость, когда сами производители «промахиваются» с организацией питания устройств совершенно «детским» образом, а иногда и просто следуя моде. Так кто виноват и что делать, если источник питания нас подводит? Попробуем разобраться.

Источники питания бывают двух категорий — автономные электрохимические и сетевые, или источники вторичного электропитания (ИВЭП). Первые, в свою очередь, делятся на одноразовые (батарейки) и многоразовые (аккумуляторы), а вторые — на встроенные и выносные. Отдельная категория — это источники бесперебойного питания (ИБП или UPS), — тоже своего рода ИВЭП, но несколько иного назначения. Начем с электрохимических источников.

Батарейки

В быту мы называем одноразовые гальванические элементы батарейками, что не совсем верно, поскольку «батарея» по определению — то, что составлено из нескольких элементов. Наиболее распространенные круглые (пальчиковые) батарейки бывают «обычные» и щелочные. По-английски щелочь — alkali, поэтому на щелочных элементах написано alkaline, отчего слово «алкалиновые» (или «алкалайновые») довольно неплохо прижилось (хотя это все равно, что называть кремниевые микросхемы силиконовыми чипами).

«Обычные» батарейки — те, что назывались марганцево-цинковыми — постепенно вытесняются с прилавков. На самом деле, щелочные тоже делают на основе двуокиси марганца и цинка, поэтому правильнее «обычные» называть солевыми. Лет десять назад приходилось мучительно выбирать: щелочные были раза в три дороже, но имели во столько же раз больший срок хранения и емкость. Теперь цены, по меньшей мере, пересекаются — самые дешевые щелочные стоят не больше, чем самые дорогие солевые; при этом разница в емкости и сроках хранения возросла еще больше: передо мной лежат две щелочные батарейки Duracell Turbo, купленные около года назад, но срок их хранения истекает аж в 2012 году. Так что, покупая даже самую дорогую батарейку, вы однозначно выигрываете, поскольку «малопотребляющие» девайсы могут нормально работать даже когда все официальные сроки хранения элементов давно истекли. Помнится, в 1995 году я приобрел для своего тестера безумно дорогую щелочную батарейку типоразмера «Крона» (стоила она по тем временам порядка $15). Срок хранения у нее истек в 2001 году, но спохватился я только в 2004-м, и на всякий случай ее сменил, хотя тестер работал нормально. Полтора доллара в год — неплохая плата за уверенность, что не придется хвататься за голову, когда тестер откажет (или того хуже, начнет врать) в разгар работы.

У щелочных элементов есть еще, как минимум, два преимущества перед «обычными»: во-первых, из-за более густого электролита почти исключены протечки, когда забытая в невыключенном приемнике батарейка может привести к тому, что приемник этот захочется двумя пальцами отнести в мусорный бак, и больше о нем не вспоминать. Во-вторых, они могут отдать больший мгновенный ток, что очень важно, например, для таких устройств, как цифровые камеры, в инструкции к которым вы всегда встретите рекомендацию использовать «alkaline battery». Дело в том, что емкость любого электрохимического элемента очень сильно зависит от нагрузки — чем она выше, тем сильнее падает напряжение (причем, когда нагрузка снижается до минимума, батарейка «отдыхает», частично восстанавливая емкость).

На практике это ведет к тому, что в устройствах, у которых мгновенное потребление тока значительно превышает среднее (в тех же камерах это происходит при работе зума, при «захвате» изображения, при записи на карту памяти), батарейки никогда не вырабатывают полной емкости. Использованные в камерах одноразовые элементы вполне еще послужат в карманном фонарике. Так вот, щелочные элементы дают значительно больший ток при меньшем снижении напряжения, чем солевые (у них меньшее внутреннее сопротивление), в результате чего у них используется большая часть емкости. По этому параметру они обгоняют многие типы аккумуляторов. А солевые могут «сдохнуть» уже после первого десятка кадров — камера покажет разряд, хотя тестер и будет уверять вас, что батарейка — как только что из магазина.

Аккумуляторы

Области использования одноразовых и многоразовых электрохимических источников питания, конечно, пересекаются, но не всегда. Если в малопотребляющих устройствах имеет смысл использовать именно батарейки, то аккумуляторы для того же телевизионного пульта не подойдут решительно, разве что на пару недель, на подмену, когда лень сразу дойти до универсама. Аккумуляторы к хранению относятся плохо: уже через год они могут потерять до 70% емкости (а свинцовые и того больше).

Большинство батареек стандартных типоразмеров имеют эквиваленты в виде аккумуляторов. Когда-то давно была неплохая традиция выпускать многоразовые элементы с этикетками на белом фоне (чтобы не перепутать с одноразовыми), но потом количество типоразмеров и тех и других настолько выросло, что соблюдать традицию стало абсолютно невозможно. Чтобы не перепутать, ищите на аккумуляторах надпись Rechargeable («перезаряжаемые»).

Когда речь идет о питании таких устройств, как цифровые камеры или GPS-навигаторы, использующих стандартные пальчиковые элементы питания, одновременно с «гаджетом» следует сразу приобрести набор аккумуляторов. И не думайте, что вы обойдетесь батарейками! Комплект пальчиковых аккумуляторов окупит себя уже после четырех-пяти перезарядок, да и неудобно таскать с собой запасные килограммы щелочи, цинка и марганца. Единственное возможное исключение — приборы, отличающиеся экстремально большими пиковыми нагрузками, как некоторые дешевые фотовспышки. Моя Unomat B24 Servo (с внешним управлением, она используется как источник боковой подсветки) с аккумуляторами в 2000 мАч не отрабатывает и половины числа «пыхов», которые она способна сделать со щелочными батарейками.

На практике вы встретите только два типа пальчиковых аккумуляторов: никель-кадмиевые (Ni-Cd) или никель-металлогидридные (Ni-MH), они практически равноценны. Первые постепенно исчезают, поскольку у них заметно меньшая удельная емкость; плюс кадмий — один из самых противных «тяжелых» металлов.

В отличие от универсальных, проприетарные аккумуляторы для ноутбуков, мобильников, КПК, цифровых камер и плееров, последнее время — почти сплошь литий-ионные (Li-Ion). Реже встречающиеся литий-полимерные — это всего лишь их разновидность, и правильнее их называть литий-ион-полимерными. По сравнению с никелевыми, у литий-ионных большая удельная емкость (теоретически — более 160 Втч/кг: сравните с 65-90 Втч/кг для щелочных батареек и 10-12 Втч/кг для свинцовых аккумуляторов), они наносят меньший вред окружающей среде, но капризны в эксплуатации и иногда могут даже взрываться. А посему практически у всех проприетарных моделей имеются термопредохранители, а чаще они представляют собой «умный» прибор со встроенным контроллером.

А вот когда габариты не играют большой роли, зато важен большой пиковый ток нагрузки и значительная мощность, как ни странно, до сих пор вне конкуренции хорошо знакомые автолюбителям свинцово-кислотные аккумуляторы. Помню, лет пятнадцать-двадцать назад в автомобильной прессе возникало периодическое брожение на тему скорого пришествия автомобильных щелочных (читай — никель-кадмиевых) аккумуляторов. Щелочь, конечно, тоже не сахарный сироп, но и не серная кислота, которая запросто может проесть сквозную дыру в моторном отсеке, а заодно и в ладонях автолюбителя, кинувшегося спасать любимую игрушку.

Однако пока все осталось по-прежнему, правда, автомобильные аккумуляторы облагородились, стали герметичными и необслуживаемыми, но они те же, что и тридцать и пятьдесят лет назад. А все дело в том, что пусковой ток автомобильного стартера, особенно зимой, когда аккумулятор и так ослаблен, может достигать нескольких сотен ампер, и почти ни один тип, кроме свинцово-кислотных, с этим не справляется. По аналогичным причинам свинцовые аккумуляторы до сих пор — оптимальное с точки зрения цены/производительности решение для таких устройств, как ИБП.

Какую емкость имеют батарейки?

Процесс разряда батареек под нагрузкой имеет множество тонкостей, из-за которых производители очень не любят указывать номинальную емкость. И в самом деле — в зависимости от мощности и характера нагрузки количество отданной энергии до наступления полной неработоспособности может отличаться в разы. Одно дело — обеспечить работу относительно мощного привода объектива, и совсем другое — поддерживать в работоспособном состоянии встроенные часы. Последние спокойно работают, даже когда камера показывает полный разряд. Но ориентироваться ведь на что-то надо?

Приблизительно можно считать, что емкость щелочной батарейки типоразмера АА эквивалентна аккумулятору 2000 мАч. Причем емкость такой же солевой (даже той же фирмы) будет вряд ли превышать 600 мАч. Эти различия отражены на рис.1, где приведены типичные экспериментальные кривые зависимости напряжения на элементах типоразмера АА от времени при нагрузочном токе 100 мА. Черным цветом обозначена кривая для солевых, красным — для щелочных элементов, синим — для аналогичных щелочным по емкости литиевых элементов в пересчете на то же самое напряжение. Всплески обусловлены перерывами в работе элемента, когда нагрузка отключалась на время порядка 1 часа. Анализ этих кривых позволяет заметить особенность литиевых батареек: емкость у них не выше щелочных, но они лучше «держат» напряжение — оно мало изменяется на протяжении почти всего времени работы, а в разряженной батарейке очень быстро падает до нуля.

Часто выказываемое недовольство по поводу отсутствия видимого прогресса у электрохимических источников не имеет под собой особых оснований. Недовольство это обусловлено тем, что прожорливость «гаджетов» растет опережающими темпами. На самом же деле, например, емкость элементов Duracell Ultra типоразмера D, достигающая при некоторых условиях 25 000 мАч при сроке хранения 7 лет, еще лет пятнадцать-двадцать тому назад показалась бы ненаучной фантастикой. Лучшие образцы бытовых электрохимических элементов в пересчете на этот типоразмер тогда достигали от силы 5000 мАч, а типовая советская батарейка 373 («Марс») лишь чуть превышала по емкости современные АА-разновидности при сроке хранения не более полутора лет. И даже емкость очень дорогих в то время литиевых или ртутно-цинковых была эквивалентна не более 8-10 000 мАч.

Мифы и реальность

По поводу эксплуатации аккумуляторов существует один довольно вредный миф: якобы с целью продления срока службы аккумуляторы надо разряжать перед зарядкой полностью. Не очень ясно, откуда у него растут ноги, потому что автолюбители со стажем знают, что свинцовые аккумуляторы, напротив, разряжать до нуля не следует ни в коем случае. Для остальных типов дело обстоит следующим образом: устаревшим Ni-Cd от полной разрядки ни тепло, ни холодно, а для Ni-MH и Li-Ion полная разрядка противопоказана. Апологеты этого мифа, вероятно, путают полную разрядку с тренировкой, которая требуется в первую очередь Ni-Cd-разновидности для предотвращения так называемого «эффекта памяти». Тренировка эта заключается в периодическом (раз в 1-2 месяца) проведении цикла неглубокого (до 1 В на каждую ячейку) разряда с последующей полной зарядкой. Это действительно имеет значение в профилактических целях, особенно при длительном хранении без эксплуатации, но только для Ni-Cd, и в гораздо меньшей степени — для Ni-MH. В режиме нормальной эксплуатации все это можно выкинуть из головы, поскольку они хоть раз в два месяца, но обязательно разрядятся до предела, установленного контроллером мобильника или ноутбука. А при хранении неиспорченные аккумуляторы восстановят свои характеристики уже после первого цикла заряд-разряд.

«Эффект памяти» у Li-Ion-разновидности отсутствует, и будете ли вы их разряжать до конца или подзаряжать каждые полчаса — от этого почти ничего не зависит. Причем частая дозарядка для этого типа даже предпочтительнее12. К тому же Li-Ion отличаются еще и тем, что портятся при хранении почти так же, как и при эксплуатации.

Короче, рано или поздно любой аккумулятор «умрет», и случится это с ним быстрее, чем с остальными компонентами вашего девайса. Так что принципиально помочь аккумулятору вы вряд ли сможете. А навредить — вполне: есть лишь одно обстоятельство, действительно способствующее ускоренному выходу аккумуляторов из строя (причем любого типа) — перезаряд. Поэтому с «умными» фирменными зарядными устройствами аккумуляторы живут дольше. Я очень не советую приобретать дешевое устройство, внутри которого только и есть, что диод да ограничивающий ток резистор. Сэкономив незначительную сумму, вы обрекаете себя на покупку нового комплекта аккумуляторов каждый год — дешевые устройства заставляют вас самих следить за временем зарядки, и нужно быть очень дисциплинированным и собранным человеком, чтобы всегда выключать его в срок. У зарядника должен быть как минимум таймер для автоматического выключения, лучше — с регулировкой времени заряда или тока в зависимости от емкости батарей. Литий-ионные же аккумуляторы вообще нельзя (и ни к чему) самостоятельно ни заряжать (они могут попросту взорваться), ни разряжать (в последнем случае при глубоком разряде может сработать одноразовый предохранитель).

Кстати, подделки в области электрохимических элементов встречаются не так часто. По крайней мере, элементы Duracell отличить от подделки по внешнему виду сможет любой, кто отличает золотистый цвет от медно-красного. Как правило, подделки продают на лотках россыпью или затянутыми в полиэтилен, а «законные» всегда тщательно упакованы по две-четыре штуки в фирменные картонки. Причем, если одноразовые элементы лучше покупать «самые фирменные» (Duracell, Varta, Energizer), то аккумуляторы даже малоизвестных фирм обычно не создают проблем (и стоят, кстати, ненамного дешевле). Частенько бренды, не специализирующиеся на источниках питания, выпускают их подобно многим другим «ширпотребовским» продуктам: наклейкой своего «лейбла» на заказанную продукцию у OEM. Такие же компании как Sony, Panasonic, Toshiba, Samsung, ведут собственные разработки, особенно «в точках роста» индустрии, вроде литий-полимерных технологий.

Выносные сетевые блоки

Выносные сетевые блоки питания часто являют собой пример того, как разработчики перекладывают свои проблемы на потребителя. В самом деле — блоки питания, особенно трансформаторные, могут иметь значительные габариты и массу. Встраивание их в устройства ведет к проблемам, связанным с электробезопасностью: с питающимся от 9-вольтового блока сканером, на который опрокинули вазу с водой, скорее всего, ничего не случится. А с его собратом, в который встроен сетевой преобразователь, может произойти что угодно, вплоть до возгорания.

Поэтому с инженерной точки зрения выносной блок представляется очень изящным решением, к тому же резко удешевляющим разработку: габариты уменьшаются, предохранителей можно не ставить, испытания на прочность изоляции не проводить и т. д. Со всех сторон замечательно, кроме одной — потребительской. «Ноутбучные» блоки питания, которые соединяются с сетью проводом с вилкой, тоже не слишком удобны, но все ж не в такой степени, как блоки питания со встроенной вилкой. Последние еще уместны для мобильных устройств, но решительно не вписываются в стационарные. Мало того, что «встроенные вилки» занимают кучу места, так еще и производятся по самым причудливым стандартам, — в результате блок либо не достает до контактов розетки, либо вываливается оттуда. Но блоки такие распространены, так что ворчать попусту, — давайте лучше посмотрим, как они выглядят с точки зрения основного назначения — преобразования переменного тока в постоянный.

На нижней ступени иерархии находятся дешевенькие нестабилизированные источники, которые, судя по их начинке, монтируются изящными ручками китайских женщин во мраке шанхайских трущоб. Не уверен, существуют ли еще шанхайские трущобы, но то, что изделия такого класса отечественный монтажник советской выучки просто не решился бы продемонстрировать мастеру — это факт. Тем более поразительно, что в отличие от изделий упомянутых монтажников китайские блоки питания весьма надежны.

Построены такие источники по классической схеме: трансформатор — выпрямительный мост — сглаживающий конденсатор. При этом трансформаторы маломощны, и такой блок не требует даже предохранителя: при перегрузке первичная обмотка трансформатора, выполненная из тонюсенького провода диаметром 0,02-0,04 мм, сама является неплохим предохранителем. Правда, указанное на шильдике номинальное напряжение соответствует тому, что вам покажет тестер приблизительно при 70-80% номинальной же нагрузки. На холостом ходу это напряжение может превышать номинальное раза в два, а под полной нагрузкой блок может и не справиться.

Так вот, для современной электроники все эти недостатки не имеют ровным счетом никакого значения. Копеечный стабилизатор на входе девайса — и любое напряжение в пределах от 6 до 18 В превратится в весьма качественное пятивольтовое питание. Поэтому для потребителя устройства, использующие подобные дешевые блоки, — самые удобные: в случае чего можно взять любой подобный блок (лишь бы не меньший по мощности), и все заработает (часто их даже специально делают с универсальным «паучком» разъемов на конце). Могут вам попасться блоки, имеющие переключатель полярности — их лучше от греха подальше не использовать: 99% всех устройств имеют конфигурацию, при которой с плюсом соединен внутренний контакт штыревого разъема.

Куда сложнее, если это фирменный блок со стабилизацией — тут его никаким 100-рублевым китайским не заменишь: стабилизатор встроен в сам блок, а не в устройство. Наиболее надежный способ отличить такие блоки — померить напряжение на холостом ходу: если оно, с небольшими отклонениями, равно указанному на шильдике, — это стабилизированный блок. Тогда, в случае чего, необходимо либо добиваться замены фирменного (стоящего, зачастую, заоблачных денег — надо же как-то компенсировать содержание сервисной сети!), либо подыскивать аналогичный, не меньшей мощности по току, но того же напряжения. Стоят такие блоки гораздо дороже нестабилизированных, но все же существенно меньше фирменных.

Есть еще один распространенный вариант — выносное зарядное устройство: чаще всего «народные массы» сталкиваются с ними в мобильниках. Зарядники разных фирм, как правило, несовместимы (по разъемам), что доставляет кучу неудобств: мы с женой с самого начала «мобильной жизни» на пару покупаем аппараты одного производителя только затем, чтобы не путаться в этих зарядниках. Маркетологи могут потирать руки: они добились, чего хотели. Ведь никаких технических препятствий к тому, чтобы сделать, по крайней мере, мобильные телефоны, КПК и прочие гаджеты совместимыми по зарядникам — нет13, что и доказывает отечественное устройство D-421 от компании Vegavolt. Различные универсальные зарядники предлагают сегодня и другие компании — в частности, хорошо известная на российском рынке Acme Power. Например, модель AP MF1828 работает на солнечных батареях, то есть готова заряжать любую мобильную технику хоть в центре пустыни Такла-Макан.

Сам я эти штучки в руках не держал, но многолетний опыт работы в качестве руководителя службы КИП заставляет меня сомневаться, что кардинальное решение проблемы совместимости лежит на пути создания универсальных зарядных устройств с кучей хвостиков и переходников. Никакие приборы, даже предназначенные для специалистов, не должны иметь существенных частей, которые приходится хранить отдельно — последние имеют способность безо всяких дополнительных усилий с вашей стороны исчезать бесследно, причем скорость исчезновения обратно пропорциональна их физическим размерам. Освободившись от кучи зарядников, вы приобретаете новую головную боль — гарантированный многочасовой поиск именно того хвостика, что позарез нужен именно в данный момент…

И прочие джоули в секунду

Связь между энергией, временем и электрическими величинами была установлена еще в первой половине XIX века Джоулем (вы наверняка помните его закон сохранения энергии). Для начала нужно твердо вызубрить, что мощность есть количество энергии в единицу времени. Если энергию измерять в джоулях (Дж), то мощность будет в джоулях в секунду (Дж/с), эта величина получила название ватт (Вт или W). Разницу между энергией и мощностью легко проиллюстрировать на примере фотовспышки, развивающей мощность до нескольких киловатт, но всего на 1/1000 долю секунды — энергия затрачивается при этом мизерная, эквивалентная той, что выделяется при горении всего одного (не поверите!) миллиграмма бензина.

Уяснив таким образом понятие мощности, можно перейти к основным способам измерения электрических параметров источников питания. Так, надпись на компьютерном блоке питания «350 W» означает то, что он может питать нагрузку с такой (или меньшей) мощностью. Если мощность нагрузки будет выше, то БП или сгорит, или напряжение на его выходе упадет до неприемлемой величины, отчего компьютер начнет сбоить. Здесь все просто и очевидно.

Куда сложнее обстоит дело с автономными (электрохимическими) источниками. Для них важна не столько мощность, сколько общее количество запасенной в них энергии, которое и определяет продолжительность работы девайса. Эту энергию можно расходовать по крупицам (в наручных часах с ЖК-дисплеем) или расточительно (на цветной TFT-экран какой-нибудь «пальмы») — меняется только время работы, а количество израсходованной энергии остается постоянным.

Считать энергию можно, разумеется, в джоулях, но на практике это неудобно. Удобнее считать, например, в ватт-часах — подчеркиваю, что это не ватты в час, то есть не дробь, а именно ватт-часы, то есть произведение. Емкость в 50 Втч означает, что нагрузка 50 Вт будет работать ровно 1 час, или нагрузка в 10 Вт будет работать 5 часов. В ватт-часах принято считать емкость, например, аккумуляторов для ноутбуков. Кстати, и в быту электрическую энергию измеряют в тех же величинах — вы платите за истраченные киловатт-часы.

Для батареек и пальчиковых аккумуляторов все еще хитрее. Их емкость принято считать в миллиампер-часах (мАч). Откуда взялась эта единица, и как она связана с энергией? Самым непосредственным образом: тот же Джоуль установил, что мощность в электрических цепях есть произведение тока на напряжение, то есть ампер на вольты, которые дадут те же ватты. И если мы поделим ватт-часы на вольты номинального напряжения источника (что для батареек есть, грубо говоря, величина постоянная и, как мы знаем, равная примерно 1,5 В), получим ампер-часы. Измеренная в них емкость источника пропорциональна истинной емкости в единицах энергии. Таким образом, аккумулятор 2000 мАч, может отдавать ток 2000 мА (2 А) в течение часа, что эквивалентно емкости приблизительно в 3 Втч.

Предупреждаю законный вопрос: к чему весь этот разнобой? Ответ элементарен: миллиамперы куда проще измерять, чем ватты, которые нужно еще рассчитывать. Возьмите тестер, включите его на измерение тока и замкните через него батарейку на лампочку от карманного фонарика. Отметив средний потребляемый ток в миллиамперах и умножив его на время (в часах), в течение которого лампочка погасла, вы и получите емкость батарейки в мАч. Правда, для одноразовых батареек такой способ напоминает известный анекдот про Василия Ивановича и спички, но ведь достаточно испытать одну батарейку для каждой их разновидности — отличаться результаты практически не будут, куда больше будут влиять условия проведения опыта: мощность нагрузки и температура окружающей среды. Величина мАч получила практическое распространение не только ввиду простоты измерения, но и потому, что разработчика электронных приборов ватты не интересуют, зато он всегда точно знает потребляемый тем или иным узлом ток. И рассчитать время работы оказывается гораздо проще.

Встроенные блоки питания

Выносными блоки питания обычно делают только до определенного уровня мощности. Все мощные (свыше нескольких десятков ватт) всегда встроены в аппаратуру и устроены они обычно намного сложнее выносных. По поводу встроенных блоков у пользователя возникает масса вопросов: какой блок питания выбрать для своего компьютера? Не сожжет ли материнскую плату 400-рублевая поделка безымянного мастера? Стоит ли раскошеливаться на 30-50-долларовую «фирму»? И, наконец, могу ли я поменять процессор или видеокарту на более мощную, не меняя блока питания?

Так вот, ответственно заявляю — блок питания может быть любой, отвечающий вашей системе по мощности, поскольку все стандартные БП любого производителя с точки зрения надежности абсолютно равнозначны. Во-первых, потому что последние лет пятнадцать все блоки питания делаются по идентичным схемам с применением одних и тех компонентов, а во-вторых, концентрация истинных вендоров в определенной области мира здесь еще выше, чем для ноутбуков или мониторов. Вы ведь не думаете, что блок питания от Microtech паяли в ее штаб-квартире в Швейцарии, правда?

В доказательство приведу забавную историю. В 2002 году китаец, работавший в японской компании с говорящим названием Rubycon Corporation, исчез, прихватив секрет японского электролита. Позднее он появился на Тайване, где и продал секрет одной фирме, которая начала поставлять электролит, изготовленный по новой формуле, тайваньским же производителям конденсаторов (на Тайване производится порядка 30% мирового объема этих компонентов). Те, в свою очередь, поставляют конденсаторы тайваньским же производителям материнских плат, которые снабжают ими три четверти мира. К тому времени, как выяснилось, что он украл формулу не полностью, и конденсаторы эти не выдерживают и половины гарантийного срока, пострадать успели даже такие гиганты, как IBM. Правда, через пару лет от некачественных конденсаторов (причем из самой Японии, без всяких шпионских историй) пострадали Dell, HP, Intel и Apple. Скажите, много ли выиграли в этой ситуации обладатели плат именно от Dell, а не от тех, кто их на самом деле производит?

Но, что правда, то правда — многие безымянные БП маркируют, исходя из тех же соображений, согласно которым на подростковых «бумбоксах» пишут звуковую мощность 200 W. Вас могут подстерегать и другие скрытые от глаз мели и рифы — ведь на корпусе приведена суммарная мощность, в то время как по разным напряжениям мощности могут иметь разное значение. Наиболее осложняет картину питание процессоров P4 от дополнительного разъема 12 В — производители БП не делают отдельного выпрямителя, и питание подается по той же линии, от которой обычно питаются только двигатели «хардов» и CD-привода. И если это блок питания АТ или ранних модификаций АТХ, приведенный в соответствие новым требованиям простым добавлением четырехконтактного разъема, вы можете «пролететь».

Сергей Леонов14в свое время утверждал, что косвенным признаком «породистости» блока питания может служить толщина проводов, выходящих из него. Так, у упомянутого четырехконтактного разъема питания 12 В должны быть желтые провода с маркировкой 18AWG15(с сечением 0,8 мм2). Такие же сечения должны иметь и черные провода (корпус). Более тонкие 20AWG (сечение 0,52 мм2) при мощностях БП более 200 Вт годятся лишь для питания +5 В (красные), где они запараллелены по четыре. Я не проверял, во всех ли случаях это справедливо, но можно воспользоваться и таким критерием.

Бывает, что некоторые компоненты при монтаже БП «опускаются» (правда, это характерно для самых-самых дешевеньких БП) — например, могут «выбросить» дроссель сетевого фильтра, требующий ручной намотки и наличия ферритовых колец на складе. Но компьютер обычно включен если и не в ИБП, то, по крайней мере, в «Пилот», а там есть свои фильтры, которые нормально защищают аудио— и видеотехнику в квартире от помех со стороны компьютера. А компьютер от таких помех защищать не требуется, сам блок питания их спокойно отрабатывает. От бросков напряжения же никакой блок питания не спасает — только ИБП.

Некоторые фирменные блоки сверх основных функций позволяют, например, проводить автоматическую регулировку оборотов вентилятора или компенсацию реактивной мощности. Выпускают и оригинальные блоки питания: так, фирма Topower заманивает 420-ваттным безвентиляторным блоком, который на поверку оказывается вполне «вентиляторным», только радиатор там такой большой, что в простое система вентилятор выключает. А американская Ituner Networks выпускает 200-ваттный блок PW-200-M размером чуть побольше кредитной карты, естественно, без вентиляторов. Блок надевается прямо на разъем питания — вот это я понимаю!

Как в любых подобных случаях, переплата «за бренд» гарантирует вам, по меньшей мере, что заявленная мощность по всем напряжениям соответствует действительным потребностям вашего ПК. Но все-таки вероятность сжечь «материнку», что при блоке питания от безымянной лавочки, что от FSP или Delta примерно одинакова. Блок питания — не жесткий диск, его «вылет» лишь в мизерном проценте случаев грозит чем-нибудь более серьезным, нежели простая замена или ремонт. Стандартная схема компьютерного БП предусматривает стабилизацию лишь одного напряжения +5 В. Все остальные напряжения зависят от него и стабилизируются в той степени, в которой +5 В остается постоянным. На практике для вас куда важнее, что «вылет» любого напряжения автоматически приводит к полному отключению блока, даже несчастных -5 В и -12 В, которые в современных «матерях» при отсутствии СОМ-порта и вовсе оказалось некуда приткнуть. Так что для системы неисправность блока питания не страшнее внезапного отключения электричества — не подарок, но вероятность совпасть с моментом записи на диск, умноженная на вероятность «вылета» самого блока дает такую исчезающе малую величину…

Как рассчитать время заряда

Просто поделите емкость аккумулятора (в мАч) на зарядный ток, который выдает ваше устройство (в мА) и получите время в часах. Вопрос: а откуда взять значение этого тока, если оно нигде не указано? Для этого и существует тестер: переведите тестер в режим измерения тока на пределе 1 А, и подсоедините щупы при включенном заряднике вместо аккумулятора (или, лучше, между аккумулятором и одним из контактов зарядника, если щупы удается туда втиснуть, не замыкая между собой). Для Ni-Cd/Ni-MH оптимальный ток заряда численно равен 1/10 емкости. Ni-Cd можно заряжать и вдесятеро большим током, а вот для Ni-MH сильно превышать расчетную величину не рекомендуется — они и так сильно нагреваются при работе.

Как рассчитать мощность

В любом случае — фирменный блок или нет — следует закладываться, по крайней мере, на полуторный запас электрической «прочности» (с учетом все этих «ВА» вместо ватт). Подсчитать потребляемую мощность несложно, так как для ключевых компонентов она всегда известна (например, на моем диске 250 Гбайт от Western Digital написано, что он потребляет 14 Вт). По ссылке http://energy.kiev.ua/catalog/ups/calc2/intel_calculator можно найти калькулятор для расчета потребляемой мощности ПК (там на каждый жесткий диск отведено по 25 Вт, что для SATA и EIDE-моделей, конечно, преувеличение). Мы же будем исходить из пиковой мощности, когда все компоненты работают на пределе, чего, конечно, в жизни не бывает:

процессор P4 2,4-2,8 ГГц — 90 Вт;

видеокарта — 40 Вт (экстремальные типа Radeon X1800 с мощностью более 100 Вт в расчет не берем);

память, 2 модуля — 20 Вт;

два жестких диска — 30 Вт;

DVD/CD-RW — 20 Вт;

прочие устройства (модем, сетевая карта, звуковая карта, USB, мышь, клавиатура и т.п.) — в сумме около 20 Вт.

Итого пиковая мощность такого ПК составит приблизительно 220 Вт. Средняя будет раза в полтора меньше — порядка 150-160 Вт, что подтверждают многочисленные тесты и расчеты, которые можно найти в Сети. Так что если вы берете блок питания noname, лучше, чтобы его мощность была не менее 300-350 Вт. А для фирменного блока, который сомнений не вызывает, можно обойтись и 250 (если нет желания сразу сменить его на более «продвинутый»).

Источники бесперебойного питания

Источник бесперебойного питания (ИБП или UPS — Uninterruptable Power Supply) — необязательный, но крайне желательный аксессуар любого настольного ПК. И дело даже не в том, что вы можете потерять трехчасовую работу из-за того, что мигнул свет.

Некоторые «знатоки» могут посоветовать вам приобрести обычный удлинитель со встроенным сетевым фильтром, однако назначение его встроенных фильтров — защитить сеть от компьютерных помех, а не компьютер — от сетевых. Защитить же от опасных бросков и провалов напряжения такие устройства не способны в принципе. Другое дело — трансформаторные стабилизаторы, распространенные в СССР лет 20-30 назад; в современном исполнении они имеются в продаже и сейчас, но также неспособны защитить от этой напасти да и не настолько они дешевле простенького ИБП, чтобы имело смысл всерьез рассматривать такой вариант.

ИБП бывают двух типов: off-line и on-line. Первые при наличии напряжения в сети попросту пропускают его напрямую, одновременно заряжая аккумуляторы. При броске или исчезновении напряжения они за время порядка нескольких десятков миллисекунд переключают питание на специальную схему (инвертор), которая преобразует энергию постоянного тока, запасенную в аккумуляторах, в некое подобие переменного тока, который для блока питания ПК неотличим от «сетевого». On-line ИБП отличаются тем, что переменное напряжение сети преобразуется в постоянное и затем обратно в стабилизированное переменное, которое все время поступает на выход ИБП. При отсутствии напряжения в сети аккумуляторы подключаются в процессе преобразования на стадии постоянного напряжения, благодаря чему переход происходит без разрыва.

Разумеется, второй тип дороже и совершеннее, но в большинстве случаев, тем более дома, можно обойтись и первым. От главных напастей — отсутствия и перепада напряжения — off-line модели вполне защищают.

ИБП мощностью 550 ВА, который защищает мой домашний компьютер достался мне почти бесплатно. Он работал в течение нескольких лет в одном знакомом офисе, где, в конце концов, всех подвел — как водится, в самый нужный момент просто не «врубился» при очередном выключении электричества. Это обычная «удочка» всех ИБП, на которую попадаются даже самые опытные — простого способа определить, когда аккумуляторы начинают «дохнуть», не существует, ведь в нормальном режиме они задействованы только на зарядку. Конечно, во многих «продвинутых» конструкциях емкость контролируется, только для получения внятных предупреждений надо отдельно подключать их к ПК (да еще и часто через СОМ-порт), а кто этим будет заниматься и кому это надо, когда все и так работает? В общем, руководитель того офиса попросил меня посмотреть ИБП, я быстро установил выход из строя аккумулятора, после чего данный экземпляр мне презентовали — в благодарность за «дефектоскопию».

Аккумуляторов практически во всех ИБП два: каждый по 12 В, итого 24 В. Они продаются во всяких «Чипах-Дипах» и на радиорынках, главное подобрать так, чтобы он встал на место старого, все они, как уже говорилось, свинцово-кислотные, достигли мыслимой степени совершенства, и потому внутри идентичны. Заменять лучше оба (хотя обычно выходит из строя только один) — иначе велика вероятность, что через полгода-год придется заменять и второй. Стоят они приблизительно по $10-15 (для самых мощных «бытовых» ИБП — $25-30), потому замена вам обойдется много дешевле нового, даже самого простенького ИБП, а сама операция ремонта настолько проста, что справиться с ней может любой, кому хоть раз в жизни приходилось держать в руках отвертку. Кстати, с замененными аккумуляторами мой ИБП «пашет» уже седьмой год, так что я начинаю беспокоиться — не стоит ли снова заменить их в профилактических целях? Но, видимо, пока гром не грянет…

КоВАрные ватты

Мы знаем, что ватты (Вт) — это то же самое, что произведение ампер на вольты (ВА). Между тем некоторые производители пишут на ИБП или компьютерном блоке питания VА, вместо привычного W. В чем разница, и какая запись более правильная?

Дело в том, что упомянутое произведение в точности эквивалентно электрической мощности только в цепях постоянного тока. Когда же речь идет о питании от бытовой сети, вмешивается фактор наличия так называемой реактивности. Проще всего этот эффект проиллюстрировать на примере включения в сеть переменного тока «голого» конденсатора. Переменный ток, в отличие от постоянного (для которого конденсатор — просто разрыв в цепи) потечет через такой конденсатор, не расходуя при этом никакой энергии.

Поэтому произведение ВА может иметь весьма заметную величину, зависящую от емкости конденсатора и частоты переменного тока, а ватт при этом не потребляется совсем.

Поэтому на практике для всех потребителей в сети переменного тока полезная мощность в нагрузке отличается от величины произведения потребляемого тока на напряжение — первая всегда меньше. Исключением являются лишь активные нагрузки, вроде лампочки накаливания, источники же питания компьютерных устройств к таковым не относятся. Отношение ватт к вольт-амперам при номинальной нагрузке еще называют коэффициентом мощности, который всегда меньше 1. Следует подчеркнуть, что коэффициент мощности — это не КПД, как можно себе вообразить. Разница между ВА и ваттами никуда не теряется в физическом смысле, она лишь приводит к таким неприятным последствиям, как увеличение потерь в проводах (и некоторым другим).

Что же касается надписей на корпусе, то VA — это лишь некоторое лукавство со стороны производителей. Встречается, правда, и прямой обман — часто пишут W, подразумевая VA. Последнее, как вы уже поняли, относится к потребляемому от сети току, а не к отдаваемому в нагрузку. Для компьютерного оборудования коэффициент мощности принимается в пределах 0,7-0,8, то есть истинная мощность блока питания, на котором написано 300 VA, равна приблизительно 210-240 Вт. Это и следует учитывать при расчетах.

А вот для ИБП наоборот — VA относится к выходной мощности, то есть, чтобы правильно подобрать ИБП, надо мощность системного блока и прочего оборудования в ваттах умножить на 1,2-1,3. Например, для среднего системного блока, потребляющего, согласно нашим расчетам, 220 Вт, мощность ИБП должна быть не менее 300 ВА.

Стандартные обозначения и размеры некоторых электрохимических элементов

Примечания:



1 А то и больше. Если операционная система серьезно «замусорена», то процесс загрузки может занимать две-три минуты. На абсолютно чистой, только что установленной системе, можно добиться и менее 30 секунд.



12 Формально длительное хранение рекомендуется при 40% заряде для всех упомянутых здесь типов аккумуляторов, кроме свинцовых, которые требуют перед хранением полной зарядки.



13 Совместимость более энергоемких девайсов, вроде фотокамер и шуруповертов еще можно обсуждать. Но не долго!



14 Главный редактор еженедельника «Компьютерра».



15 AWG (American Wire Gauge) — стандартный ряд сечений проводов, принятый в США.





 



Главная | В избранное | Наш E-MAIL | Добавить материал | Нашёл ошибку | Вверх