Чому спрацьовує захист блоку живлення?
Теоретично, робота датчиків струмового захисту блоку живлення могла б складатися в вимірі падіння напруги на резисторах, включених послідовно з навантаженням. Такий прямолінійний підхід в проектуванні ланцюгів, здатних забезпечувати струми в десятки ампер, привів би до великих втрат. Очевидний трюк, вже багато років іспользумемий розробниками імпульсних блоків живлення для персональних комп'ютерів, - заміряти падіння напруги на індуктивності в ланцюзі LC-фільтра вихідних напруг + 12V, + 5V, + 3.3V.
Давайте розглянемо, як реалізований захист блоку живлення від перевищення споживаного струму на прикладі використання одного з кращих керівників контролерів WT7527 від Weltrend Semiconuctor . Цей чіп з успіхом застосовується в серії Prime блоків живлення Seasonic, що користуються заслуженою повагою найвимогливіших користувачів.
Рис 1. Фрагмент принципової схеми підключення керуючого контролера Weltrend Semiconuctor WT7527
Як випливає із заводської документації, контролер WT7527 забезпечує чотири лінії струмового захисту: дві для ліній + 12V, і по одній для + 3.3V і + 5V. У зв'язку з тим, що основний відбір потужності сучасні системні плати і високорівневі відео адаптери виконує за двенадцатівольтових шині, зупинимося на тонкощах реалізації OCP (Over Current Protection) саме для неї.
Обмеження по струму
Якщо ви думаєте, що в ланцюгах харчування персонального комп'ютера можливий будь-який свавілля, з цією думкою варто відразу розпрощатися. Міжнародний стандарт IEC 60950-1 , Логотип якого винесено в заголовок статті, декларує межа потужності - не більше 240VA по кожній шині. Фізичний сенс такого обмеження - запобігти ситуації, при якій аварійна потужність, споживана в разі короткого замикання, може бути сприйнята схемою струмового захисту як допустима (споживана навантаженням), що може призвести до руйнування елементів пристрою і навіть загоряння.
У випадку з постійним струмом можна говорити про 240 Ватах, що встановлює для 12-вольтової лінії ліміт в 20 ампер. Обійти це обмеження дуже просто: достатньо розвести напруги за різними шинам, як це робить, наприклад, Chieftec в блоках живлення APS-500C:
Як випливає з інформації на самому блоці живлення по кожній їх ліній + 12V1 і + 12V2 подається струм 18А. Зазвичай, одна з них делегується для живлення процесора, інша використовується для накопичувачів і супутньої периферії. Кожна з них обслуговується своєю схемою струмового захисту: і вівці цілі вимоги IEC 60950-1 дотримані, і харчування в нормі.
У 700-ваттніке від FSP Group також затребуваний екстенсивний метод: 12-вольт лінії рознесені на чотири канали, кожен з яких обмежений 18-амперним споживанням струму. При цьому загальна потужність чотириканального регулятора обмежена величиною 680 Ватт, що формально означає - сумарний струм чотирьох 12-вольтів каналів не повинен перевищувати ліміт в 56,6 Ампер. (680W / 12V = 56.6A). Уважний читач помітить, що згідно з додатковою коментарю на етикетці мають місце більш суворі обмеження: сумарний струм по лініях + 12V не повинен перевищувати 50 Ампер, а загальний вихідний струм обмежений лімітом в 70 Ампер. Очевидно, що множення 18 ампер на чотири канали не дає скільки-небудь корисної інформації.
Сучасні тенденції в архітектурі блоків живлення
Поділ навантаження на приблизно рівні частини є не більше, ніж трюком, яким вдало скористалися розробники - харчування неподільної навантаження, яка споживає понад 20 ампер по лінії +12 вольт неможливо без порушення норм безпеки. Очевидно, дотримання цих норм залежить не тільки від поділу каналів в блоці живлення, але і розведення силових ланцюгів в навантаженні.
Якщо потужний споживач (наприклад, відео адаптер), до якого підключено більше одного роз'єму додаткового живлення, з'єднує їх 12-вольт ланцюга в одну точку, або з'єднує 12-вольт лінії роз'єму PCI Express і додаткового харчування, то результатом буде не тільки порушення специфікації, але і ризик створення дисбалансу в таких примусово комутованих каналах. Це означає, що грамотна зборка високорівневих платформ і майнінгових ферм неможлива без верифікації системи за допомогою омметра. Або, перефразовуючи відомого автора, «можлива, якщо вам не важливий результат».
Якщо потрібно живити нероздільну навантаження великим струмом, з'єднання ліній з нестачі перетворюється на перевагу - при роздільних каналах зустрічаються варіанти, коли струм, який забезпечувався б блоком живлення по лінії додаткового харчування відео карти, недостатній, хоча він і менше сумарного струму всіх каналів. При одній 100-амперної лінії споживач застрахований від даного типу несумісності.
Додаткові мінуси єдиного каналу також існують, адже споживаний від лінії живлення струм є функцією часу. Наприклад, для жорсткого диска рівень споживання збільшується при виконанні позиціонування, для CPU і GPU зміни можуть бути обумовлені циклічним виконанням фрагментів коду, що створює різну обчислювальну навантаження. В результаті взаємовпливу компонентів і внаслідок збільшення споживання струму може зрости рівень перешкод по лініях харчування. Вивівши регулятор гучності на повну потужність і запустивши Майнінг, не почуємо ми в динаміках «дзвін біткоіни»?
Вивівши регулятор гучності на повну потужність і запустивши Майнінг, не почуємо ми в динаміках «дзвін біткоіни»?