Чем отличаются модули теплового баланса втх систем первого и второго типа

Методические рекомендации по выполнению практической работы «Выбор блока питания и ИБП ПК»»

Практическая работа №5

Тема: «Выбор блока питания ПК, источника бесперебойного питания ПК»

— приобрести опыт определения основных характеристик и параметров блоков питания, ИБП ;

— приобрести опыт выбора блоков питания, ИБП ПК

— приобрести умения работы с технической документацией и источниками сети Интернет;

справочная литература или доступ в сеть Интернет, утилита KSA Power Supply Calculator WorkStation v 1.4.8.0

Краткие теоретические сведения

Главное назначение блоков питания – преобразование электрической энергии, поступающей из сети переменного тока, в энергию, пригодную для питания узлов компьютера. Блок питания преобразует сетевое переменное напряжение 220 В, 50 Гц (120 В, 60 Гц) в постоянные напряжения +3,3, +5 и +12 В. Как правило, для питания цифровых схем (системной платы, плат адаптеров и дисковых накопителей) используется напряжение +3,3 или +5 В, а для двигателей (дисководов и различных вентиляторов) – +12 В. Компьютер работает надежно только в том случае, если значения напряжения в этих цепях не выходят за установленные пределы.

Таблица 1.1. Стандартные блоки питания систем АТХ и ВТХ

В каждом блоке питания перед получением разрешения на запуск системы выполняется внутренняя проверка и тестирование выходного напряжения. После этого на системную плату посылается специальный сигнал Power_Good (питание в норме). Если такой сигнал не поступил, компьютер работать не будет. Напряжение сети может оказаться слишком высоким (или низким) для нормальной работы блока питания, и он может перегреться. В любом случае сигнал Power_Good исчезнет, что приведет либо к перезапуску, либо к полному отключению системы. Если компьютер не подает признаков жизни при включении, но вентиляторы и двигатели накопителей работают, то, возможно, отсутствует сигнал Power_Good. Такой способ защиты был предусмотрен, исходя из тех соображений, что при перегрузке или перегреве блока питания его выходные напряжения могут выйти за допустимые пределы и работать на таком компьютере будет невозможно.

В компактных ВТХ-корпусах используется новая конструкция корпуса блока питания, отличающаяся непривычной Г-образной формой корпуса (рис. 1). При сборке системы выступ корпуса блока питания нависает над системной платой (в этом месте на ней расположены только порты ввода-вывода и модули памяти, поэтому проблем с высотой компонентов не возникает), что позволяет добиться немного меньших размеров системы.

Рисунок 1. Г-образный блок питания FSP275-50BWN

Новейшим стандартом блоков питания на рынке компьютеров стал АТХ версии 2.01 (рис. 2), который определил новую конструкцию как системной плат, так и блока питания.

Рис. 2. Блок питания стандарта АТХ

Главная особенность состоит в том, что вентилятор теперь расположен на стенке корпуса блока питания, которая обращена внутрь компьютера, и поток воздуха прогоняется вдоль системной платы, поступая извне. Такое решение в корне отличается от традиционного, когда вентилятор располагается на тыльной стенке корпуса блока питания и воздух выдувается наружу. Поток воздуха в блоке АТХ направляется на компоненты платы, которые выделяют больше всего тепла (процессор, модули памяти и платы расширения). Поэтому исчезает необходимость в ненадежных вентиляторах для процессора, в настоящее время получивших столь широкое распространение.

Другим преимуществом обратного направления воздуха является уменьшение загрязнения внутренних узлов компьютера. В корпусе создается избыточное давление, и воздух выходит через щели в корпусе, в отличие от систем другой конструкции. Так, если вы поднесете горящую сигарету к лицевой панели дисковода в обычной системе, то дым будет затягиваться через щель в панели дисковода и вредить головкам. В АТХ-системах дым будет отгоняться от устройства, поскольку внутрь воздух попадает только через одно входное отверстие на тыльной стороне блока питания. В системе, работающей в условиях повышенной запыленности, на воздухозаборнике можно установить фильтр, который предотвратит попадание в систему частиц пыли.

Конструкция АТХ (рис. 3) позволяет решить две серьезные проблемы, возникающие при их использовании. Каждый из традиционных блоков питания персональных компьютеров, применяющихся в PC, имеет два разъема, которые вставляются в системную плату. Если перепутать разъемы, то сгорит системная плата! Большинство производителей качественных систем выпускают разъемы системной платы и блока питания с ключами, чтобы их нельзя было перепутать, но почти все дешевые системы не имеют ключей ни на системной плате, ни в блоке питания.

Чтобы предотвратить неправильное подключение разъемов блока питания, в модели АТХ предусмотрен новый разъем питания для системной платы. Он содержит 20 контактов и является одиночным разъемом с ключом. Его невозможно подключить неправильно, поскольку вместо двух разъемов используется один. В новом разъеме предусмотрена цепь питания на 3,3 В, что позволяет отказаться от преобразователя напряжения на системной плате, который используется для процессора и других микросхем, потребляющих 3,3 В.

Рис. 3. Внешний вид блока питания форм-фактора ATX/NLX

Для напряжения 3,3 В блок АТХ обеспечивает другой набор управляющих сигналов, отличающийся от обычных сигналов для стандартных блоков. Это сигналы Power_0n и 5v_Standby (5VSB). Первый из них – это сигнал системной платы, который может использоваться такими операционными системами, как Windows 9x и выше (они поддерживают возможность выключения и запуска системы программным путем). Это также позволяет применять для включения компьютера клавиатуру. Сигнал 5v_Standby всегда активен и подает на системную плату питание ограниченной мощности, даже если компьютер выключен. Параметры описанных свойств определяются с помощью программы установки параметров BIOS.

Другая проблема, решенная в конструкции АТХ, связана с системой охлаждения. Во всех современных процессорах устанавливается активный теплоотвод, который представляет собой маленький вентилятор, «надетый» на процессор для его охлаждения. В системах модели АТХ для дополнительного охлаждения процессора используется заслонка рядом с блоком питания, которая направляет воздушный поток от вентилятора к процессору.

Блок питания модели АТХ берет воздух извне и создает в корпусе избыточное давление, тогда как в корпусах других систем давление понижено. Направление воздушного потока в обратную сторону позволило значительно улучшить охлаждение процессора и других компонентов системы.

Распределение нагрузок для блоков стандарта ATX12V.

В данной таблице приведены максимально возможные нагрузки по одиночным выходам для блоков питания, сертифицированных на соответствие стандарту. Суммарная нагрузка для всех выходов блока не должна превышать соответственно 200/250/300Вт. Приведу также диаграмму нагрузок по выходам для блока 300Вт.

В пределах данной области, напряжения на блоке питания должны укладываться в допустимый стандартом диапазон:

При выходе за допустимые нормы возможны всяческие неприятности, как-то перегрев и спонтанное выключение жестких дисков или перезагрузки системы. Значит будем в дальнейшем ориентироваться на обязательное соответствие напряжений стандарту.

Программа для расчета мощности блока питания

Данная программа была написана для вычисления мощности блока питания, требуемого пользовательской системой, с выбранной конфигурацией. Именно мощности блока, а не комплектующих. Были занесены данные о большом количестве процессоров, их базовой мощности, с коэффициентами, позволяющими оценивать изменение потребляемой мощности при разгоне и повышении напряжения на ядре. Также, можно выбрать источник питания для процессора, что полезно для владельцев материнских плат без поддержки дополнительного питания ATX12V (P4), например, на популярной в оверклокерских кругах Epox 8RDA+ процессор питается от +5V. В целом алгоритм прост, вычисляется приблизительное потребление по различным выходам, выбирается наиболее загруженный и масштабируется, отталкиваясь от требований к блокам питания ATX12V. Программа пытается автоматически определить некоторые параметры, но для большинства других требуется ручная коррекция (как-то для кулеров, и тд). Также, имеется функция теста напряжений в простое и под нагрузкой, с выводом процентов отклонения от стандартных значений. К сожалению, данная функция отлаживалась только на трех материнских платах с микросхемами мониторинга Winbond и на материнских платах с другими системами мониторинга возможны некорректные показания.

Принцип работы и основные узлы

При включении сетевое переменное напряжение подается на входной фильтр [1], в котором сглаживаются и подавляются пульсации и помехи.

Далее напряжение попадает на инвертор сетевого напряжения [2]. В сети проходит переменный ток, который меняет потенциал 50 раз в секунду.

Импульсный трансформатор [3] преобразовывает высоковольтное напряжение от инвертора в низковольтное.

Рядом с основным трансформатором обычно имеются один или два меньших, которые служат для создания дежурного напряжения, присутствующего внутри блока питания и на материнской плате всегда, когда к БП подключена сетевая вилка [4].

Пониженное напряжение поступает на быстрые выпрямительные диодные сборки, установленные на мощном радиаторе [5].

Основной силовой дроссель [6] сглаживает только разницу между напряжениями +12 и +5 В. Кроме силовых узлов в блоке есть дополнительные – сигнальные.

Это и контроллер регулировки оборотов вентиляторов, часто монтируемый на небольших дочерних платах [7], и схема контроля за напряжением и потребляемым током, выполненная на интегральной микросхеме [9].

Она же управляет работой системы защиты от коротких замыканий, перегрузки по мощности, перенапряжения или, наоборот, слишком низкого напряжения.

Многие БП предоставляют возможность отключать неиспользуемые разъемы, для этого на внутренней торцевой стенке монтируется плата с силовыми разъемами [8].

Инструкция по извлечению блока питания.

У БП имеется основной провод, который подключается к разъему на системной плате. Не забудьте отсоединить данный разъем.

У основного кабеля есть защелка, которая позволяет извлекать и подключать его из разъема.

Блок питания должен крепиться на четыре болта с наружной части. К нему подключается питание из сетевого кабеля, а он в свою очередь, снабжает электричеством все, что подключено к материнской плате. Извлечение и установку блока питания производите внимательно, старайтесь не касаться кулера процессора.

Открутите болты крепления и извлеките блок

Изучите теоретический материал (краткие сведения, файлы «Выбор БП по визуальным признакам», «Источники бесперебойного питания», «Блоки питания персонального компьютера», «Блоки питания ПК», «Методика тестирования блоков питания», «Устройство компьютерных блоков и методика их тестиро вания»)

2.1) Перечислите основные критерии выбора блоков питания

2.2) Кратко опишите процесс извлечения блока питания из корпуса

2.3) Определите и запишите такие характеристики блока питания (см. файл ПРИЛОЖЕНИЯ), как на примере:

Модель: например «Блок питания ATX 1000W OCZ Z1000M-UN2

ATX – стандарт разъема питания материнской платы, являющийся

основным для настольных ПК

1000W – мощность блока питания

OCZ – фирма производитель БП

Z1000M-UN – модель блока питания

2.4) Определите, каким вилкам шлейфа питания БП соответствуют цифры на рисунке:

А) «ATX12V» основного питания материнской платы: MOLEX 39-01-2040 или эквивалентная с контактами Molex 44476-1112 (HCS) или эквивалентными.

B ) «PCIe8connector» для питания видеокарты, расщепляемый на «PCIe6connector» (для питания видеокарты).

E ) «PCIe6connector» для питания видеокарты.

F ) «ATX PS 12V» («P4 power connector») для питания процессора.

G ) 5-контактные разъёмы MOLEX 88751 для питания устройства с интерфейсом SATA: корпус MOLEX 675820000 или эквивалентный с контактами Molex 675810000 или эквивалентными.

2.5) Перечислите и опишите методы тестирования и способы диагностики блоков питания

2.6) Запустите утилиту KSA Power Supply Calculator WorkStation и рассмотрите не менее 5 вариантов расчета мощности блока питания, подробно распишите представленные варианты

2.7) В интернете найдите сайты продавцов компьютерных комплектующих и подберите определенные блоки питания для каждого из приведенных примеров

Перечислите основные критерии выбора ИБП

Запустите утилиту KSA Power Supply Calculator WorkStation и рассмотрите не менее 5 вариантов расчета мощности источников бесперебойного питания, подробно распишите представленные варианты

В интернете найдите сайты продавцов компьютерных комплектующих и подберите ИБП для каждого из приведенных примеров

4) подготовьте отчет по практической работе, в котором должны быть представлены тема, цель, выполненные задания и ответы на контрольные вопросы

1) Какую роль выполняют блоки питания в компьютерной системе?

2) Какие устройства используют положительное напряжение?

3) Какие устройства используют отрицательное напряжение?

4) Описать внутреннюю проверку блока питания.

5) Описать разъемы питания системной платы.

7) Описать разъемы дисковых накопителей.

8) Описать систему управления питанием.

9) Описать источник резервного питания.

10) Описать источник бесперебойного питания ( UPS ).

12) Какие принципиально новые конструктивные изменения появились в стандарте ВТХ?

13) Чем отличаются модули теплового баланса ВТХ систем первого и второго типа?

Источник

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ СТАНДАРТА ВТХ

РОСТОВСКИЙ ФИЛИАЛ

Кафедра информационных таможенных технологий и информатики

УТВЕРЖДЕНО

на заседании кафедры,

протокол от 30.01.2014, №6

доктор технических наук, доцент

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 4

На тему:Форм-фактор ВТХ и размещение устройств ввода вывода.

Тема № 1.4.Устройства ввода/вывода современных ЭВМ.

Модуль №1.Архитектура и принципы функционирования современных ЭВМ.

ДисциплинаВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ

Авторы: Башлы Петр Николаевич;

Учебные вопросы:

1. Изучение конструктивных особенностей стандарта ВТХ.

2. Изучение способов обеспечения теплового баланса периферийных устройств.

3. Сравнительная характеристика различных типоразмеров устройств в стандарте ВТХ.

Государственное казенное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

РОССИЙСКАЯ ТАМОЖЕННАЯ АКАДЕМИЯ

РОСТОВСКИЙ ФИЛИАЛ

Кафедра информационных таможенных технологий и информатики

УТВЕРЖДАЮ

доктор технических наук, доцент

ПЛАН

Проведения практического занятия №4

по дисциплинеВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ

Модуль №1.Архитектура и принципы функционирования современных ЭВМ.

Тема № 1.4.Устройства ввода/вывода современных ЭВМ.

Практическое занятие № 4.Форм-фактор ВТХ и размещение устройств ввода вывода.

Учебные вопросы:

1. Изучение конструктивных особенностей стандарта ВТХ.

2. Изучение способов обеспечения теплового баланса периферийных устройств.

3. Сравнительная характеристика различных типоразмеров устройств в стандарте ВТХ.

Цель занятия:формирование практических навыков установки и настройки устройств ввода/вывода.

Литература:

А) Основная

Башлы, П.Н. Вычислительные системы и сети: учебник/ П.Н. Башлы.– Ростов н/Д: Российская таможенная академия, Ростовский филиал, 2012.

Б) Дополнительная

информационных таможенных технологий и информатики

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ СТАНДАРТА ВТХ

Процесс создания нового форм-фактора настольных систем, получивший название BTX, развивался достаточно быстро. В ноябре 2003 года были кратко сформулированы требования к стандарту, а в июле того же года состоялась официальная презентация финального варианта The Balanced Technology Extended (BTX) 1.0 Public Release. Идеологом разработки нового стандарта стала компания Intel.

Термин «форм-фактор» используется в компьютерной промышленности в различных значениях. Часто он употребляется для обозначения общих размеров и формы вычислительной системы. Иногда этот термин употребляется для обозначения размеров и формы стандартных компонентов. Компоненты стандартного форм-фактора легко воспроизводить, обеспечивая при этом удобство компоновки различных элементов при разработке широкого диапазона систем различных типов и размеров. Такая стандартизация позволяет создавать серии ПК для различных моделей использования.

Большинству разработчиков приходится сталкиваться с системными платами форм-факторов ATX и microATX, которые используются в большинстве предлагаемых сегодня ПК. Эти форм-факторы определяют размеры системных плат, допустимое пространство, занимаемое различными компонентами, а также расположение монтажных отверстий – элементов платы, непосредственно связанных с корпусом системы и блоком питания.

Например, системные платы форм-фактора microATX – это системные платы, которые могут быть установлены в корпус размера 10L (размер microATX) или 30L (размер ATX). Форм-факторы системных плат для корпусов размера 10L, 20L и 30L могут совпадать, при этом конфигурация каждого ПК может различаться.

Спецификация BTX помогает стандартизировать описанные механические параметры сопряжения, общие для форм-факторов ATX и microATX. Однако отличительной особенностью спецификации BTX является поддержка широкого диапазона размеров системных плат. Эта спецификация не только обобщает спецификации форм-факторов ATX, microATX и FlexATX, но и описывает более широкий диапазон размеров системных плат, созданных на основе единой базовой конструкции.

Спецификация BTX обеспечивает большую гибкость, чем форм-факторы ATX и microATX, поскольку она описывает не только большее число допустимых размеров системных плат, но также регламентирует различные высоты системных компонентов. В этой спецификации определены две высоты системных компонентов, которые могут использоваться разработчиками. Стандартная высота практически совпадает с высотой, специфицированной для семейства форм-факторов ATX. Кроме стандартной высоты, спецификация BTX регламентирует высоту для низкопрофильных компонентов, которые применяются в тех случаях, когда важно минимизировать общие размеры системы.

Вместе с тем, основными предпосылками разработки нового стандарта были, во-первых, увеличивающаяся потребляемая мощность различными устройствами, в том числе и процессором и, во-вторых (что во многом является следствием первой причины), нуждающаяся в серьезной модернизации система охлаждения (вентиляции) внутренних устройств.

На рис. 1 проиллюстрированы основные этапы развития стандартов системных блоков настольных ПК.

В официальных документах назначение BTX сформулировано следующим образом: спецификации Balanced Technology Extended разработаны с целью стандартизации интерфейсов и определения форм-факторов для настольных вычислительных систем в области их электрических, механических и термических свойств. Спецификации описывают механические и электрические интерфейсы для разработки системных плат, шасси, блоков питания и других системных компонентов.

Наиболее значимыми преимуществами форм-фактора BTX перед привычным ATX являются:

— возможность применения низкопрофильных компонентов для конструирования миниатюрных систем;

— продуманное размещение элементов системы внутри корпуса с учетом путей прохождения потоков воздуха и взаимосвязанного термобаланса;

— масштабируемость форм-фактора (BTX, microBTX, picoBTX);

— возможность использования небольших блоков питания;

— оптимизированная структура крепления плат, более качественные механические характеристики для работы с более массивными системными платами и компонентами.

Спецификацией BTX предусмотрены три типовых размера системных плат (рис. 2 и таблица 1), причем глубина всех трех одинакова – 266.7 мм.

Стандартная полноразмерная плата BTX имеет ширину 325.12 мм и на ней могут устанавливаться семь слотов для карт расширения: один – для видеокарты PCI Express x16, два – для карт PCI Express x1 и четыре – для PCI-карт (характерно, что слот AGP отсутствует даже на самой большой по размеру плате нового стандарта).

Второй типоразмер microBTX – максимальная ширина такой системной платы составляет 264.16 мм. На плате предусмотрен монтаж до четырех слотов расширения, из которых один – PCI Express x16, два – PCI Express x1 и всего один – для карты PCI.

Третий типоразмер picoBTX– ширина системной платы этого формата не должна превышать 203.2 мм. В компьютере на базе такой платы можно будет использовать всего одну карту расширения, чаще всего это будет высокопроизводительный видеоадаптер с интерфейсом PCI Express x16. Других слотов для карт расширения на плате picoBTX не предусмотрено.

Существенным новшеством стандарта ВТХ является организация и размещение компонентов на системной плате.

Во-первых, процессорный разъем размещается у самого края платы, причем он расположен не строго параллельно сторонам платы, а повернут на 45 градусов. Так же устанавливаются и микросхемы набора системной логики (чипсеты).

Таблица 1. Конструктивные параметры системных плат АТХ и ВТХ

Во-вторых, слоты для двухканальной оперативной памяти и слоты для плат расширения разнесены по разным краям системной платы (рис. 3).

В-третьих, расположение компонентов подчинено одной идее – прямой поток воздуха, не встречая препятствий, должен проходить через комплектующие, которые обладают наибольшим тепловыделением.

С учетом этого воздушный поток, создаваемый вентилятором модуля теплового баланса, движется от процессора к радиатору системной логики, обдувая модули памяти и видеокарту, и далее воздух переходит к блоку питания, в котором собственный вентилятор работает на выдув.

В спецификации ВТХ хорошо просматривается тенденция к уменьшению размеров системных блоков, что вполне сочетается с растущей популярностью компактных barebone-систем. Согласно спецификации BTX, на основе трех рассмотренных выше типоразмеров плат можно проектировать персональные компьютеры в трех типах корпусов (рис. 4).

Самый большой тип корпуса носит название Expandable Tower («расширяемая башня»), который расчитан под полноразмерные системные платы BTX. По размерам он ближе всех к корпусам типа Midi Tower. В таком корпусе предусмотрены два 5.25-дюймовых и два 3.5-дюймовых отсека для накопителей.

Промежуточный вариант – корпус Desktop, близкий по размерам к одноименным компактным ATX-корпусам, расчитан под системную плату microBTX. В таком корпусе один 5.25-дюймовый и один 3.5-дюймовый отсек.

Самый малоразмерный корпус относится к типу Small Form Factor. Такой корпус включает также по одному отсеку 5.25 и 3.5-дюймов и расчитан на использование системной платы с типоразмером picoBTX.

На рис. 4 показан пример корпуса Small Form Factorобъемом 6.9 л.в полной комплектации.

Схема компоновки корпуса ВТХ показана на рисунке 5.

Для новых типов корпусов разработаны и новые стандартные блоки питания, отличающиеся размерами. Если в полноразмерных корпусах может использоваться обычный блок питания ATX12V, то в корпусах уменьшенных габаритов используются новые модификации.

Модель CFX12V расчитана на установку в корпусах уменьшенных габаритов (объемом 10-15 литров), а модель LFX12V – в самых миниатюрных корпусах (объемом 6-9 литров). В различных блоках питания применяются разные вентиляторы, от возможностей которых зависит эффективное охлаждение системы в целом. Поэтому, например, блок питания LFX12V не справится с отводом воздуха из корпуса типа Expandable Tower, что приведет к нарушению всей системы охлаждения. Сравнительная характеристика параметров блоков питания приведена в табл. 2.

Таблица 2. Стандартные блоки питания систем АТХ и ВТХ

В компактных ВТХ-корпусах используется новая конструкция корпуса блока питания, отличающаяся непривычной Г-образной формой корпуса (рис. 6). При сборке системы выступ корпуса блока питания нависает над системной платой (в этом месте на ней расположены только порты ввода-вывода и модули памяти, поэтому проблем с высотой компонентов не возникает), что позволяет добиться немного меньших размеров системы. Вместе с тем допускается применение более привычных компактных форматов блоков питания – SFX, TFX и др. (таблица 2).

Надо отметить, что стандарты CFX (C – Compact) и LFX (L – Lowprofile) разработаны совсем недавно специально для ВТХ-систем. Блоки питания форм-фактора CFX предназначены для компактных систем с объемом корпуса 10–15 л (это меньше, чем у многих современных microATX-корпусов). CFX-блок показан на рисунке 10. В собранной системе такой блок будет нависать над системной платой, что позволяет уменьшить ширину корпуса компьютера на несколько сантиметров.

Блоки питания форм-фактора LFX самые маленькие и предназначены для сверхкомпактных ВТХ-систем с общим объемом корпуса 6–9 л. Ширина и высота этих блоков меньше, чем у TFX, что возможно за счет уменьшения размера вентилятора, размещаемого на боковой стенке блока.

При всех своих преимуществах новый стандарт ВТХ имеет и недостатки, главным из которых является отсутствие обратной совместимости с системными платами и корпусами стандарта АТХ. Например, установить ВТХ-плату в АТХ-корпус можно только, если такая возможность предусматривалась при проектировании.

Источник