Потребление компьютера и мощность блока питания: ammo1 — LiveJournal

Потребление компьютера и мощность блока питания: ammo1 — LiveJournal Компьютер

Теоретическое введение

В цепях переменного тока принято различать четыре вида мощности. Во-первых, это

мгновенная мощность

(instantaneous power) – произведение тока на напряжение в данный момент времени. Во-вторых, это так называемая

активная мощность

(active power, average power) – мощность, выделяющаяся на чисто резистивной нагрузке, измеряется она в ваттах — Вт. Активная мощность целиком идет на полезную работу (нагрев, механическое движение), и обычно именно ее понимают под потребляемой мощностью. Вычисляется активная мощность через интеграл по одному периоду от мощности мгновенной:

Так как реальная нагрузка обычно имеет еще индуктивную и емкостную составляющие, то к активной мощности добавляется

реактивная

(reactive power), измеряемая в вольт-амперах реактивных – ВАР. Нагрузкой реактивная мощность не потребляется – полученная в течение одного полупериода сетевого напряжения, она полностью отдается обратно в сеть в течение следующего полупериода, лишь зря нагружая питающие провода.

Векторная сумма активной и реактивной мощностей дает

полную мощность

(apparent power) – соответственно, квадрат полной мощности равен сумме квадратов активной

Pact

и реактивной

Q

мощностей:

На практике, однако, полная мощность вычисляется не через реактивную и активную, а как произведение среднеквадратичных значений (Root Mean Squared — RMS) тока и напряжения:

В свою очередь, среднеквадратичные значения вычисляются как квадратный корень из интеграла по одному периоду от квадрата величины:

Всем привычное напряжение 220В в осветительной сети – это как раз среднеквадратичное значение. Здесь, однако, стоит отметить, что большинство измерительных приборов показывает среднеквадратичные значения только, если форма напряжения или тока – синусоидальная. Иначе говоря, скажем, стрелочный вольтметр просто проградуирован так, что на синусоидальном напряжении показываемое им

нечто

равно среднеквадратичному значению; если же напряжение отличается от синусоидального – то вольтметр будет показывать именно

нечто

. А так как в импульсных блоках питания, не оборудованных схемами коррекции фактора мощности (Power Factor Correction – PFC), потребляемый ток очень далек от синусоидального, то для измерения среднеквадратичного тока необходимо пользоваться так называемыми TrueRMS приборами, честно интегрирующими измеряемую величину – в противном случае ошибка измерений будет весьма велика. Например, у нас для контроля напряжения и тока использовался мультиметр UT-70D от

Uni-Trend

Однако полной мощности для полноты картины мало, нужна еще активная мощность. Для ее измерения мы воспользовались цифровым осциллографом

ETC

M-221, который, будучи подключенным к шунту, через который запитывался исследуемый блок питания, снимал осциллограммы напряжения и тока. Таким образом, мы получаем функции

U(t)I(t)

. Точнее, не сами функции, а таблицу их значений – поэтому от интегрирования переходим к суммированию:

Здесь

N

– количество отсчетов, приходящееся на один период сетевого напряжения. Для облегчения расчетов была написана несложная программа, читающая с диска сохраненные осциллографом файлы данных (сохраняет он их в своем собственном формате, поэтому обрабатывать данные, скажем, в Excel, представлялось заведомо невозможным) и рассчитывающая все могущие заинтересовать нас значения – полную и активную мощности, среднеквадратичные ток и напряжение, КПД блока (для этого, разумеется, должна быть известна нагрузка на блок) и фактор мощности – отношение активной мощности к полной.

Компьютеры

В этом тестировании участвовали четыре комьютера различной мощности, от сравнительно медленного на сегодняшний момент Pentium III 800MHz до двухпроцессорного компьютера на AMD Athlon и однопроцессорного на Pentium 4 3.06GHz.

Конфигурации компьютеров:

  1. Можно сказать, офисный компьютер – небыстрый по нынешним временам процессор, сравнительно простая видеокарта, ничего лишнего.

    Процессор Pentium III 800EB
    Материнская плата на чипсете Intel i815EPT
    256Мбайт SDRAM
    Винчестер Quantum Fireball AS 30Гбайт
    Видеокарта GeForce2 MX400, 64Мбайта
    Сетевая карта 3Com 3C905C-TX
    CD-ROM LG CRD-8521B

  2. Домашний компьютер среднего уровня – хороший, но сравнительно недорогой процессор и видеокарта, способная справиться с большинством современных игр.

    Процессор AMD Athlon XP 2100
    Материнская плата на чипсете VIA KT400
    256Мбайт DDR SDRAM
    Винчестер IBM ICL35 80Гбайт
    Видеокарта ATI RadeOn 8500
    Звуковая карта Creative Audigy
    CD-RW Teac CD-W540E
    DVD-ROM ASUS E616

  3. Мощная рабочая станция – два процессора, RAID, много памяти.

    Два процессора AMD Athlon 1200 на ядре Thunderbird
    512Мбайт DDR SDRAM
    Четыре винчестера Maxtor D740X по 20Гбайт в RAID-массиве
    Видеокарта Matrox Millennium

  4. Компьютер верхнего уровня – самый быстрый процессор, самая быстрая видеокарта.

    Процессор Intel Pentium 4 3.06ГГц
    Материнская плата на чипсете Intel i850E
    Два модуля по 512Мбайт RDRAM
    Два винчестера Western Digital WD400JB в RAID1-массиве
    Видеокарта NVIDIA Quadro4 900XGL
    DVD-RW Pioneer DVR-104

К компьютерам подключалась оптическая мышь MS IntelliMouse и PS/2 клавиатура. Энергопотребление монитора (NEC LCD 1525V) не учитывалось – он запитывался от отдельной розетки.

Энергопотребление измерялось в трех режимах – при простое (загружен Windows, более ничего не происходит), при дефрагментации винчестера и при загрузке компьютера с помощью ZD 3D Winbench 2000 и 3D Mark 2001SE (тесты выбирались, разумеется, не для оценки производительности, а лишь для создания нагрузки на процессор и видеокарту).

Итак, результаты. В таблице ниже приведены мощности потребления самой “начинки” компьютера – то есть измеренная мощность потребления от сети уже умножена на КПД использовавшего блока питания.

Отношение мощностей для каждого отдельного компьютера, в принципе, вполне предсказуемо – так, на системах с Athlon XP 2100 и Pentium 4 3.06ГГц в 3D тестах свою лепту внесла мощная видеокарта. Сравнительно большое потребление систем на процессорах AMD при простое обусловлено тем, что для перехода в режим энергосбережения этим процессорам требуется отключение системной шины (bus disconnect), которое на подавляющем большинстве материнских плат не реализовано.

Рабочая станция на двух Athlon’ах показала благодаря четырем винчестерам неплохой прирост потребляемой мощности при дефрагментации, а вот на 3D тестах мощность увеличилась всего на 17Вт – во-первых, в видеокарте Matrox Millennium отсутствует какой-либо 3D ускоритель, поэтому ее потребление меняется незначительно, во-вторых, так как без отключения системной шины процессоры не переходят в режим пониженного энергопотребления, то и заметный рост нагрузки весьма слабо влияет на потребляемую мощность.

Довольно интересны абсолютные значения мощности.

Максимальная

зафиксированная потребляемая мощность – 154Вт для мощнейшего компьютера на P4 3.06ГГц, с гигабайтом памяти и видеокартой Quadro4 900XGL. И даже если к этой мощности прибавить, скажем, DVD-привод и активное использование винчестеров (хотя лично я с трудом представляю ситуацию, когда на полную мощность задействованы все компоненты компьютера одновременно) – суммарная потребляемая мощность явно не превысит 200Вт.

Однако это средняя потребляемая мощность, а существует еще и мгновенная, которую с помощью применяемой методики измерить невозможно – она обусловлена всплесками потребления, например, при перемещении головок винчестера (потребляемый при этом ток составляет примерно 1-2А по линии 12В).

Тем не менее, сплошь и рядом встречаются случаи, когда мощные компьютеры либо вообще отказываются работать на блоках питания мощностью 250-300Вт, либо работают нестабильно (наиболее частый признак нехватки мощности БП – перезагрузки или зависания при запуске 3D-тестов, игр и тому подобных программ).

Дело здесь в том, что для многих производителей блоков питания понятие мощности становится все более условным – если мы уже давно перестали удивляться так называемой пиковой мощности (PMPO – Peak Maximum Power Output) дешевых компьютерных колонок, доходящей до совершенно нереальных значений в сотни ватт, то скоро, похоже, придется привыкать к таким же обозначениям мощностей на дешевых блоках питания.

Для примера давайте сравним два блока, которые были рассмотренны в пятой серии тестирования ATX блоков питания – Fortron/Source FSP300-60BTV и PowerMini PM-300W. Оба блока заявлены как 300Вт, однако первый относится к средней ценовой категории, а второй – к нижней.

К чему это приводит? В современных компьютерах очень многое питается от шины 12В – тут и DC-DC конвертер для питания процессора (в системах на Pentium 4; в системах на процессорах от AMD обычно используется 5В), и видеокарта со своим набортным стабилизатором, и соленоидный привод головок винчестера, и двигатель DVD-ROM’а…

Очевидно, что легко может возникнуть ситуация, когда мгновенное потребление по этой шине перекроет возможности блока PM-300W, но при этом будет в допустимых пределах для FSP300-60BTV и даже для многих 250Вт блоков, способных неограниченное время отдавать по этой шине до 13А, а в пике – до 16А (например, блоки от той же компании Fortron/Source).

Если к этому добавить маленькую емкость конденсаторов на выходе PM-300W (а конденсаторы способны заметно сгладить скачки потребления небольшой продолжительности), отсутствие какого-либо запаса по мощности… Результат очевиден – при первом же скачке тока в дешевом блоке либо сработает защита (а во многих таких БП она настроена даже не на заявленную мощность, а на мощность на 20-30Вт меньше), либо напряжение просядет – на небольшое время, но на такую величину, что компьютер зависнет или перезагрузится.

Более того, в продаже недавно появились корпуса и блоки питания от компании Microlab с маркировкой “M-ATX-350W”. Само собой, покупатель думает, что эти блоки рассчитаны на мощность 350Вт, однако… Этикетка умалчивает о мощности (слов “Output power” на ней просто нет), но сообщает, что максимальный ток по шине 12В – 10А, а по шине 5В – 20А.

Если открыть ATX/ATX12V Power Supply Design Guide и посмотреть на таблицы с рекомендуемой нагрузочной способностью для блоков питания различных мощностей (раздел 3.2.3.2), то оказывается, что такие выходные токи можно считать нормальными лишь для 200Вт ATX12V блока питания.

Однако встречаются и блоки, которые уже прямо нарушают требования Design Guide. Например, Codegen 250X1. Этот блок продается как рассчитанный на процессоры Pentium 4, иначе говоря, соответствующий стандарту ATX12V. Разумеется, присутствует и 4-контактный ATX12V разъем.

При этом максимально допустимый ток по шине 12В составляет 9А, в то время как в Design Guide прямо написано, что на блоках с током менее 10А этого разъема быть не должно (раздел 3.2.3.2), и, соответственно, такой блок не может соответствовать стандарту ATX12V (раздел 1.2.1).

Проверка мощности блока питания компьютера

Чтобы узнать какой мощности блок питания в компьютере, нужно открыть крышку корпуса и посмотреть на наклейке БП.

Например, максимальная мощность блок питания в моем компьютере — 400W. Получается почти двукратный запас по мощности.

Особое внимание обратите на мощность по 12V линии, так как зачастую просадки бывают по этой линии. Например, на фото ниже в блоке питании по 12 вольтовой линии выдает 21 Ампер. Получается мощность 12V * 21A = 252W

Блок питания ПК
Характеристики блока питания

Давайте определим подойдет ли блок питания ниже, к компьютеру, который мы рассчитали в онлайн калькуляторе.

Обратите внимание на рекомендованный в калькуляторе ампераж по линиям:

  • 3.3V = 8.1А;
  • 5V = 10.0A;
  • 12V = 10.5A.

Блок питания с максимальной мощностью 400W (который ниже на фото) вполне потянет этот компьютер.

По линиям сила тока с запасом:

  • 3.3V = 18А;
  • 5V = 15A;
  • 12V = 11/13A.
Характеристики БП
Характеристики БП по линиям 3.3V, 5V, 12V

Заключение

Из проведенных исследований можно сделать несколько небезынтересных выводов.

Во-первых, далеко не каждому современному компьютеру требуется блок питания мощностью более 300Вт, а зачастую достаточно и 250Вт. Среднее потребление даже весьма навороченного компьютера составляет всего лишь около 150Вт, то есть 300Вт блок питания обеспечивает его работу с хорошим запасом.

Во-вторых,

реально

проблемы с нехваткой мощности блока питания 300Вт как правило не существует – на самом деле очень многие дешевые блоки просто не способны выдать указанную на них мощность, поэтому проблему стоило бы скорее формулировать как “нехватка мощности 150Вт, больше которой не способны выдать некоторые БП, несмотря на указанные на этикетке 300Вт”.

При покупке же блока питания я бы посоветовал обращать внимание не только на общую мощность, но и на отдельные токи по разным шинам – как видите, блоки с одинаковой заявленной мощностью могут существенно различаться по заявленным токам, не говоря уж о токах реальных. Помимо этого хорошим критерием является масса блока – чем он тяжелее, тем как правило и лучше.

В-третьих, далеко не все схемы коррекции фактора мощности дают заметный эффект. Весьма широко применяющаяся в блоках средней ценовой категории пассивная коррекция улучшает фактор мощности лишь на 0,05-0,1 и делает его менее зависимым от нагрузки, в то время как схемы активной коррекции способны довести фактор мощности до 0,95-0,99.

Соответственно, при покупке блока питания стоит обращать внимание не только на сам факт наличия PFC, но также на его реализацию – блоки с пассивным PFC легко отличить по стоящему в них дополнительному дросселю внушительных размеров, который обычно закреплен на верхней крышке БП.

Оцените статью
OverComp.ru