Дипломная работа: Усовершенствование охлаждения блока питания
Блоки питания постоянно развиваются, так же как и другие компоненты компьютера. Со временем идет эволюция их стандартов.
Существуют виды блоков питания:
Блоки питания стандарта АТ
Стандарт АТ первым использовался в компьютерных блоках питания. Он появился на свет одновременно с первыми IBM-совместимыми компьютерами и применялся вплоть до 1995 года. На выходе этих блоков питания было четыре постоянных напряжения +5, - 5, +12, - 12 Вольт. Но при высоких темпах развития компьютерной техники росла и суммарная мощность которая была необходима ПК. К тому же возросшая потребность в линии на +3,3 Вольт (которой не было на выходе БП АТ) сказывалась. Это напряжение приходилось брать с самой материнской платы, для чего на нее монтировался специальный стабилизатор. Блоки питания АТ были неудобными при монтаже их в системный блок, а так же не обеспечивали должного охлаждения в виду не рациональной конструкции.
Как и следовало ожидать, в 95-м году прошлого века на смену устаревшему формату АТ пришел новый формат блоков питания - ATX.
Блоки питания стандарта ATX
В новом стандарте блоков питания ATX увеличилось число линий напряжения на выходе. Стандарту AT необходимо было напряжение в +3,3 В, соответственно такая линия и была добавлена, а также линия +5 В SB (Stand-By).
Линия в +5 В SB предназначалась для расширения функционала по управлению питания компьютера. Это были такие функции как запуск компьютера по сигналу от клавиатуры, от модема или локальной сети, и для воплощения режима Suspend-to-ram. В последнем режиме при "засыпании" компьютера все временные данные находятся в оперативной памяти при выключенном ПК.
Конечно же для реализации такого режима напряжение должно подаваться все время, не зависимо выключен ПК или включен (хотя он должен быть включен в розетку). Для этого был придуман "хитрый" стабилизатор, который по сути маленький блок питания внутри основного, и работающий постоянно.
В сравнении с БП AT, в которых кнопка вкл/откл фактически убирала с него напряжение 220 Вольт, то в новом формате по нажатию кнопки идет команда на остановку ШИМ-контроллера основного стабилизатора. А в блоке питания продолжает работать стабилизатор +5 В Stand-By для обеспечения быстрого "пробуждения" компьютера.
Что бы полностью обесточить такой блок питания его необходимо физически отсоединить от розетки.
Некоторое время блоки питания ATX потихоньку модернизировались, но ни чего кардинально нового не появлялось. Но с появлением более мощных и быстрых процессоров и соответственно потребляющих больше мощности пришлось и подавать им соответствующее питание - 12 Вольт на стабилизатор процессора.
Рисунок 1.1 - Схема цоколевки
Таблица 1.1 - Назначение выводов
| № вывода | Обозначение |
| 1 | +3,3v |
| 2 | +3,3v |
| 3 | GND |
| 4 | +5v |
| 5 | GND |
| 6 | +5v |
| 7 | GND |
| 8 | Power Good |
| 9 | +5VSB |
| 10 | +12v |
| 11 | +3,3v |
| 12 | -12v |
| 13 | GND |
| 14 | PS ON# |
| 15 | GND |
| 16 | GND |
| 17 | GND |
| 18 | +5v |
| 19 | +5v |
| 20 | +5v |
Блоки питания стандарта ATX 12V (ATX 2.03)
Переход на новые блоки питания был обусловлен появлением в 2000 году нового мощного процессора Intel Pentium 4. Как известно, до него стабилизатор процессора питался от шины +5 Вольт. Если посчитать силу тока по этой шине для процессора мощностью, например, 50 Ватт то получится что она равно 10 А. А это довольно много. Минусов у этого много: и возможный перегрев контактов при неплотном соединении, и сложность монтажа большого разъема на материнской плате и т.д.
Конечно было найдено решение этой проблемы. Произошел переход на запитку стабилизатора центрального процессора от шины + 12 Вольт. Из законов физики нам известно, что при увеличении напряжения в 2,4 раза, ток уменьшится во столько же, при одинаковой потребляемой мощности, а так же увеличится коэффициент полезного действия стабилизатора.
Но тут пришлось решать еще одну проблему - в питающем разъеме стандарта ATX был всего один проводок для напряжения +12 Вольт. Что конечно же было мало при увеличении числа потребителей этого напряжения и увеличении силы проходящего тока (это могло привести к подгоранию контактов от перегрева). Решение этой проблемы пришло в виде нового, отдельного четырех контактного разъема дополнительного питания материнской платы. Этот разъем имел два дополнительных провода питания + 12 В и так как был компактным мог размещаться рядом с стабилизатором питания центрального процессора, чему разработчики материнских плат были конечно рады.
Кроме введения нового разъема в стандарте ATX 12V произошло ужесточение требований к характеристикам блоков питания, а именно была установлена нижняя граница макс. тока по шине +12 Вольт (10 Ампер).
Внешний вид новых блоков питания не отличался от выпускаемых ранее, разве что только наличием нового дополнительного разъема питания материнки. И сразу же на рынке появились переходники разных видов для обеспечения возможности подключения старых блоков питания к материнских платам сделанным уже по новому стандарту питания - ATX12V. Для компьютеров с сравнительно не большой потребляемой мощностью использование таких переходников было оправдано, а использование их в системах с большим энергопотреблением было чревато.
Стандарт ATX12V 1.2
Это очередное изменение стандарта 12V которое сделало необязательным присутствие на выходе блока питания напряжения - 5 Вольт. Это напряжение использовалось для запитки устаревшей уже на тот момент шины ISA и больше ни чего другого не питало. Соответственно новые блоки питания выпускались уже без наличия этого вывода.
1.2 Охлаждение, виды охлаждения
Надо отметить тот факт, что блок питания компьютера первым обзавелся активной системой охлаждения. Первоначально в нем устанавливался вентилятор размерностью 80х80. Но со временем появления микропроцессоров Pentium IV, размер и расположение вентиляторов в БП изменились. Сегодня повсеместно применяются вентиляторы размером 120х120 с малой частотой вращения, и как следствие, меньшим уровнем шума. В топовых блоках питания скорость вращения вентилятора изменяется в зависимости от суммарной нагрузки БП.
Холодный воздух тяжелый, и поэтому спускается вниз, а горячий, напротив, легкий, и по сему стремиться в высь. Это несложная теорема играет ключевую роль при организации грамотного охлаждения. Поэтому воздуху нужно обеспечить вход как минимум в нижней передней части системного блока и выход в его верхней задней части. Причем совсем необязательно ставить вентилятор на вдув. Если система не очень горячая, вполне достаточным будет простое отверстие в месте входа воздуха.
Рассчитаем необходимую мощность корпусной системы охлаждения. Для расчетов используем такую формулу:
Q = 1,76*P/ (Ti - To), (1.1)
Где P - полная тепловая мощность компьютерной системы;
Ti - температура воздуха внутри системного корпуса;