Новости Высоких Технологий

ATX 12V — стандарт, версии. Что означает и что регламентирует?

ATX 12 V – общий стандарт для блоков питания, дополняющий спецификации ATX , касательно питания по линии 12 V и не только.

Был введён в обиход со времён процессора Pentium 4 (с 2000 года), так как это первый процессор, к которому подводилось 12 V , а не общепринятые в те времена 5 V .

Регламентирует:

  • — Минимальная сила тока по линиям 12 V .
  • — Качество проводов и толщина сечения.
  • — Допустимые отклонения от 12 V , 5 V , 3.3 V .
  • — Разновидности присутствующих разъёмов и их количество .
  • — Минимальный уровень КПД.

Версии стандартов:


V 1.0

  • — Введён дополнительный 4-пин разъём для питания процессора, подключаемый к материнской плате, так как процессор потреблял много энергии ( P 4).
  • — Увеличена отдаваемая энергия по линии 12 V .

V 1.1

  • — Немного увеличена мощность 3.3 V линии и несколько «косметических» улучшений.

V 1.2

  • -Опционально убрана линия -5 V за ненадобностью (раньше питала ISA разъём).

V 1.3

  • — Немного увеличена мощность 12 V линий.
  • — Установлен минимальный порог КПД для слабой и нормальной нагрузки.
  • — Регламентирован допустимый уровень шума
  • — Добавлены SATA разъёмы для питания.
  • — Запрещена линия -5 V

V 2.0

  • — Введён 24-пиновый разъём вместо 20-пинового.
  • — 6-pin AUX разъём, убрали за ненадобностью.
  • — Предписывает опционально наличие 2-х линий 12 V (12 V 1 & 12 V 2).
  • — Значительно увеличена максимальная мощность, подаваемая на линии 12 V .
  • — Уменьшена подаваемая мощность на линии 3.3 V и 5 V (перенаправлена на 12 V ).
  • — Обязательное наличие SATA Power разъёмов.
  • — Несколько других мелких улучшений.

V 2.01

  • -Запрещена линия -5 V (опять но уже во 2-й версии).

V 2.1

  • — Увеличена мощность всех питающих линий.
  • — Увеличен минимальный уровень КПД.
  • — Добавлен 6-пин разъём для видеокарты, который позволяет установить видеокарту с уровнем потребления выше 75 W .

V2.2

  • — Добавлен 8- pin питающий разъём для видеокарты, который добавляет 150 W .

V2.3

  • — Минимальный уровень КПД вырос с 70 до 80%
  • — Были понижены требования по нагрузке на 12 V линии.
  • — Регламентируется, что 12 V линии должны выдавать мощность более 20 A

Блок питания, ATX стандарт. При выборе блока питания основными параметрами являются: версия стандарта АТХ, необходимая для работы компьютера мощность блока питания и совместимость блока питания с ИБП (источником бесперебойного питания).
Стандарт форм-фактора АТХ определяет размер, конструкцию и другие характеристики блока питания, а также допустимые отклонения напряжений при нагрузке. Этот стандарт мы и будет рассматривать.
На данный момент существуют такие версий стандарта АТХ:

Основные различия версий стандартов АТХ заключаются во введении более новых разъемов и новых линий питания. В первой серии в основном использовалась линия +5 В, а во второй +12 В.

Подробно о версиях ATX блока питания

Одним из главных разработчик форм-фактора ATX является компания Intel. Вся документация расположена на официальном сайте www.formfactors.org, в них описаны требования к производителям материнских плат, блоков питания и корпусов. Требования и рекомендации к блокам питания регламентирует документ под названием ATX12V Power Supply Design Guide (PSDG).

Стандарт ATX12V был выпущен при переходе на новую архитектуру NetBurst. Главное нововведение в ATX12V, при сравнению с ATX 1.3, стала смена питания процессора от +12В, а не от +5В и добавление нового разъема питания 4-pin +12В (разъема не должно быть, если максимальный возможный ток по +12В меньше 10А).


Версии ATX 1.1, была представлена в августе 2000 года. О версиях 1.0, 1.2 упоминаний на официальном сайте нет, однако информацию о них можно прочитать на других ресурсах.

Версия ATX 1.3 вышла в апреле 2003 года. Если сравнивать с предыдущей версией 1.1, то были введены новые требования по токам, убрано напряжение в -5В, добавлены требования к обработке сигнала PS_ON#, а также добавлено упоминание кабеля питания для SATA.


Версия ATX 2.0, по сравнению с версией ATX 1.3, была значительно изменена. В первую очередь по токам — было увеличено энергопотребления по +12В и уменьшено по +3.3 и +5В. Была введена стандартизация блоков питания 350W и 400W (если мощность блока питания выше 300W, то рекомендовано 16 AWG провода). Был заменен кабель питания ATX на 24-pin вместо 20-pin, а также добавлены +3.3, +5, +12В, COM («земля»), питание для PCI Express устройств и кабель питания для SATA.
Разъем 24-pin ATX полностью совместим с 20-pin ATX как механически, так и электрически.

В версиях ATX 2.01 и ATX 2.2 была введна стандартизация блока питания мощностью 450W; упрощены требования к токам по линиям +3.3В, +5В, +12В; повышены требования к КПД по +5В stand by.

Самыми основными потребителя электроэнергии являются процессоры и видеокарты, питания которых проходит по линии в +12 В. Если установить, казалось бы, обычную конфигурацию процессора и видеокарты (к примеру: AMD Athlon 3000+ и GeForce 7600 GT), и обеспечить их питанием от блока мощностью 400 W, то «получим перекос» напряжений. Линия питания +12 В просядет, а линия +5 В перевесится. И как следствие – самостоятельная перезагрузка компьютера (или при запуске или при нагрузке), синие экраны смерти, выключение компьютера и т.д. Проблема в том, что старых блоков питания главной линией является +5 В, а для процессора и видеокарты нужна линия на +12 В, которая оказалась полностью перегруженной.

24-pin и 20-pin разъемы питания

Компьютерный блок питания (или сокращённо — блок питания, БП) — вторичный источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электроэнергией постоянного тока путём преобразования сетевого напряжения до требуемых значений.

Также в состав компьютера могут входить блоки преобразования уровня напряжения следующей ступени — третичные блоки питания и т. д. Примером таких преобразователей могут служить модуль питания центральных процессоров (в том числе модернизируемых), графических процессоров, а также устройства, требующие повышения напряжения или изменения характеристик тока — переменного, с изменением фазы.

В некоторой степени блок питания также выполняет функции стабилизации и защиты от незначительных помех питающего напряжения. Как компонент, занимающий значительную часть внутри корпуса компьютера, несёт в своём составе (либо монтируемые на корпусе БП) компоненты охлаждения частей внутри корпуса компьютера.

Содержание

Описание [ править | править код ]

Если брать, в качестве примера, блок питания для настольного компьютера персонального стандарта PC, то, согласно спецификации разных лет, он должен обеспечивать выходные напряжения ±5 / ±12 / +3,3 Вольт, а также +5 Вольт дежурного режима (+5VSB).

  • Основными силовыми цепями компьютеров периодически являлись линии напряжения +3,3, +5 и +12 В. Традиционно, чем выше напряжение в линии, тем большая мощность передаётся по данным цепям.
  • Отрицательные напряжения питания (−5 и −12 В) допускали небольшие токи и в современных материнских платах в настоящее время не используются.
  • Напряжение −5 В использовалось только интерфейсом ISAматеринских плат. Для обеспечения −5 В постоянного тока в ATX и ATX12V версии до 1.2 использовался контакт 20 и белый провод. Это напряжение (а также контакт и провод) не является обязательным уже в версии 1.2 и полностью отсутствует в версиях 1.3 и старше.
  • Напряжение −12 В необходимо лишь для полной реализации стандарта последовательного интерфейса RS-232 с использованием микросхем без встроенного инвертора и умножителя напряжения, поэтому также часто отсутствует.
  • Напряжение +12 В используется для питания наиболее мощных потребителей. Разделение питающих напряжений на 12 и 5 Вольт целесообразно как для снижения токов по печатным проводникам плат, так и для снижения потерь энергии на выходных выпрямительных диодах блока питания.
  • Напряжения ±5, +12, +3,3 В дежурного режима используются материнской платой.
  • Для жёстких дисков, оптических приводов, вентиляторов используются напряжения +5 и +12 В.
  • Наиболее мощные потребители энергии (такие, как видеокарта, центральный процессор, северный мост) подключаются через размещённые на материнской плате или на видеокарте вторичные преобразователи с питанием от цепей как +5 В, так и +12 В.
  • Напряжение +3,3 В в блоке питания формируется из напряжения +5 В, а потому существует ограничение суммарной потребляемой мощности по ±5 и +3,3 В.
  • Напряжение на модулях памяти имеет стойкую тенденцию к уменьшению и для DDR4 SDRAM снизилось до 1,2 Вольта.

    • В большинстве случаев, для компьютера в рассматриваемом примере, используется импульсный блок питания, выполненный по полумостовой (двухтактной) схеме. Блоки питания с накапливающими энергию трансформаторами (обратноходовая схема) естественно ограничены по мощности габаритами трансформатора и потому применяются значительно реже. Гораздо чаще встречается схема прямоходового однотактного преобразователя, которая не так ограничена по массо-габаритным показателям. При этом используются те же м/с, что и в обратноходовом преобразователе.

    Устройство (схемотехника) [ править | править код ]

    Широко распространённая схема импульсного источника питания состоит из следующих частей:

    Входные цепи

    • Входной фильтр, предотвращающий распространение импульсных помех в питающую сеть[1] . Также входной фильтр уменьшает бросок тока заряда электролитических конденсаторов при включении БП в сеть (это может привести к повреждению входного выпрямительного моста).
    • В качественных моделях — пассивный (в дешёвых) либо активный корректор мощности (PFC), снижающий нагрузку на питающую сеть.
    • Входной выпрямительный мост, преобразующий переменное напряжение в постоянное пульсирующее.
    • Конденсаторный фильтр, сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения.
    • Отдельный маломощный блок питания, выдающий +5 В дежурного режима материнской платы и +12 В для питания микросхемы преобразователя самого ИБП. Обычно он выполнен в виде обратноходового преобразователя на дискретных элементах (либо с групповой стабилизацией выходных напряжений через оптрон плюс регулируемый стабилитрон TL431 в цепи ОС, либо линейными стабилизаторами 7805/7812 на выходе) или же (в топовых моделях) на микросхеме типа TOPSwitch.

    Преобразователь

    • Полумостовой преобразователь на двух биполярных транзисторах.
    • Схема управления преобразователем и защиты компьютера от превышения/снижения питающих напряжений, обычно на специализированной микросхеме (TL494, UC3844, KA5800, SG6105 и пр.).
    • Импульсный высокочастотный трансформатор, который служит для формирования необходимых номиналов напряжения, а также для гальванической развязки цепей (входных от выходных, а также, при необходимости, выходных друг от друга). Пиковые напряжения на выходе высокочастотного трансформатора пропорциональны входному питающему напряжению и значительно превышают требуемые выходные.
    • Цепи обратной связи, которые поддерживают стабильное напряжение на выходе блока питания.
    • Формирователь напряжения PG (Power Good, «напряжение в норме»), обычно на отдельном ОУ.

    Выходные цепи

    • Выходные выпрямители. Положительные и отрицательные напряжения (5 и 12 В) используют одни и те же выходные обмотки трансформатора, с разным направлением включения диодов выпрямителя. Для снижения потерь, при большом потребляемом токе, в качестве выпрямителей используют диоды Шоттки, обладающие малым прямым падением напряжения.
    • Дроссель выходной групповой стабилизации. Дроссель сглаживает импульсы, накапливая энергию между импульсами с выходных выпрямителей. Вторая его функция — перераспределение энергии между цепями выходных напряжений. Так, если по какому-либо каналу увеличится потребляемый ток, что снизит напряжение в этой цепи, дроссель групповой стабилизации как трансформатор пропорционально снизит напряжение по другим выходным цепям. Цепь обратной связи обнаружит снижение напряжения на выходе и увеличит общую подачу энергии, что восстановит требуемые значения напряжений.
    • Выходные фильтрующие конденсаторы. Выходные конденсаторы, вместе с дросселем групповой стабилизации интегрируют импульсы, тем самым получая необходимые значения напряжений, которые, благодаря дросселю групповой стабилизации, значительно ниже напряжений с выхода трансформатора.
    • Один (на одну линию) или несколько (на несколько линий, обычно +5 и +3,3) нагрузочных резисторов 10-25 Ом, для обеспечения безопасной работы на холостом ходу.

    Достоинства такого блока питания:

    • Простая и проверенная временем схемотехника с удовлетворительным качеством стабилизации выходных напряжений.
    • Высокий КПД (65—70 %). Основные потери приходятся на переходные процессы, которые длятся значительно меньшее время, чем устойчивое состояние. Больше всех греются диоды выпрямляющие 5 и 12 вольт. Силовые транзисторы греются мало .
    • Малые габариты и масса, обусловленные как малым выделением тепла на регулирующем элементе, так и малыми габаритами трансформатора, благодаря тому, что последний работает на высокой частоте.
    • Малая металлоёмкость, благодаря чему мощные импульсные источники питания стоят дешевле трансформаторных, несмотря на бо́льшую сложность.
    • Возможность подключения к сетям с широким диапазоном выбора напряжений и частот, или даже сетям постоянного тока. Благодаря этому возможна унификация техники, производимой для различных стран мира, а значит, и её удешевление при массовом производстве.

    Недостатки полумостового блока питания на биполярных транзисторах:

    • При построении схем силовой электроники использование биполярных транзисторов в качестве ключевых элементов снижает общий КПД устройства [2] . Управление биполярными транзисторами требует значительных затрат энергии.
      Всё больше компьютерных блоков питания строится на более дорогих мощных MOSFET-транзисторах. Схемотехника таких компьютерных блоков питания реализована как в виде полумостовых схем, так и обратноходовых преобразователей. Для удовлетворения массогабаритных требований к компьютерному блоку питания в обратноходовых преобразователях используются значительно более высокие частоты преобразования (100—150 кГц).
    • Большое количество намоточных изделий, индивидуально разрабатываемых для каждого типа блоков питания. Такие изделия снижают технологичность изготовления БП.
    • Во многих случаях недостаточная стабилизация выходного напряжения по каналам. Дроссель групповой стабилизации не позволяет с высокой точностью обеспечивать значения напряжений во всех каналах. Более дорогие, а также мощные современные блоки питания формируют напряжения ±5 и 3,3 В с помощью вторичных преобразователей из канала 12 В.

      Принципиальная схема БП персонального компьютера