Почему срабатывает защита блока питания?

Почему срабатывает защита блока питания?

Теоретически, работа датчиков то­ко­вой за­щи­ты бло­ка пи­та­ния мог­ла бы со­сто­ять в из­ме­ре­нии па­де­ния на­пря­же­ния на ре­зис­то­рах, вклю­чен­ных по­сле­до­ва­тель­но с на­груз­кой. Та­кой пря­мо­ли­ней­ный под­ход в про­ек­ти­ро­ва­нии це­пей, спо­соб­ных обес­пе­чи­вать то­ки в де­сят­ки ам­пер, при­вел бы к боль­шим по­те­рям. Оче­вид­ный трюк, уже мно­го лет ис­поль­зуме­мый раз­ра­бот­чи­ка­ми им­пуль­с­ных бло­ков пи­та­ния для пер­со­наль­ных ком­пью­те­ров, — за­ме­рять па­­де­­ние на­пря­же­ния на ин­дук­тив­но­стях в це­пи LC-филь­тра вы­ход­ных напряжений +12V, +5V, +3.3V.

Давайте рассмотрим, как ре­а­ли­зо­ва­на защита блока питания от пре­вы­ше­ния по­тре­б­ля­е­мо­го тока на при­ме­ре ис­поль­зо­ва­ния одного из лучших уп­рав­ля­ю­щих кон­т­рол­ле­ров WT7527 от Weltrend Se­mi­con­duc­tor. Этот чип с успехом при­ме­ня­ет­ся в серии Prime блоков питания Seasonic, поль­зу­ю­щих­ся за­слу­жен­ным ува­же­ни­ем самых взы­с­ка­тель­ных поль­зо­ва­те­лей.

Фрагмент принципиальной схемы подключения управляющего контроллера Weltrend Semiconductor WT7527


Рис 1. Фрагмент принципиальной схемы подключения управляющего контроллера Weltrend Semiconductor WT7527

 

Как следует из заводской документации, контроллер WT7527 обеспечивает четыре линии токовой защиты: две для линий +12V, и по одной для +3.3V и +5V. В связи с тем, что основной отбор мощности современные сис­тем­ные платы и вы­со­ко­у­ров­не­вые ви­део адап­теры вы­пол­ня­ет по двенадцативольтовой шине, ос­та­но­вим­ся на тонкостях ре­а­ли­за­ции OCP (Over Current Protection) именно для нее.

Ограничения по току

Если вы думаете, что в цепях питания персонального компьютера возможен любой произвол, с этой мыслью мож­но рас­про­щать­ся. Международный стандарт IEC 60950-1, логотип которого вынесен в заголовок статьи, де­кла­ри­ру­ет пре­дел мощности — не более 240VA по каждой шине. Физический смысл такого ограничения — пред­от­вра­тить си­ту­а­цию, при которой аварийная мощность, потребляемая в случае короткого замыкания, мо­жет быть вос­при­ня­та схе­мой то­ко­вой защиты как допустимая (потребляемая нагрузкой), что может при­вес­ти к раз­ру­ше­нию эле­мен­тов уст­ройства и да­же возгоранию.

В случае с постоянным током можно говорить о 240 Ваттах, что устанавливает для 12-вольтовой линии лимит в 20 А. Обойти это ограничение очень просто: достаточно развести напряжения по разным шинам, как это де­ла­ет, на­при­мер, Chieftec в блоках питания APS-500C:

Шильд с техническими характеристиками блока питания Chieftec APS-500C

 

Как следует из информации на самом блоке питания по каждой их линий +12V1 и +12V2 подается ток 18А. Обыч­но, од­на из них делегируется для питания процессора, другая используется для накопителей и со­пут­ству­ю­щей пе­ри­фе­рии. Каждая из них обслуживается своей схемой токовой защиты: и овцы целы требования IEC 60950-1 со­блю­де­ны, и пи­та­ние в норме.

Шильд с техническими характеристиками блока питания FSP Group FX700GLN

 

В 700-ваттнике от FSP Group также востребован экстенсивный метод: 12-вольтовые линии разнесены на че­ты­ре ка­на­ла, каждый из которых ограничен 18-амперным по­треб­ле­ни­ем тока. При этом общая мощность че­ты­рех­ка­наль­но­го ре­гу­ля­то­ра ог­ра­ни­че­на величиной 680 Ватт, что формально оз­на­ча­ет — суммарный ток че­ты­рех 12-вольтовых ка­на­лов не должен пре­вы­шать лимит в 56.6 Ампер. (680W/12V=56.6A). Вни­ма­тель­ный чи­та­тель заметит, что со­глас­но до­пол­ни­тель­но­му ком­мен­та­рию на этикетке имеют место более строгие ог­ра­ни­че­ния: суммарный ток по линиям +12V не должен превышать 50A, а общий вы­ход­ной ток ог­ра­ни­чен ли­ми­том в 70 Ампер. Очевидно, что умножение 18A на че­ты­ре канала не дает сколько-нибудь по­лез­ной ин­фор­ма­ции.

Современные тенденции в архитектуре блоков питания

Разделение нагрузки на примерно равные части яв­ля­ет­ся не более, чем трюком, ко­то­рым удачно вос­поль­зо­ва­лись раз­­ра­­бот­­чи­­ки — питание неделимой нагрузки, по­треб­ля­ю­щей более 20 ампер по линии +12 вольт не­воз­мож­но без на­ру­ше­ния норм без­о­пас­нос­ти. Очевидно, соблюдение этих норм зависит не только от раз­де­ле­ния каналов в бло­ке пи­та­ния, но и раз­вод­ки силовых цепей в нагрузке.

Если мощный потребитель (например, видео адаптер), к которому подключено более одного разъема до­пол­ни­тель­но­го питания, соединяет их 12-вольтовые цепи в одну точку, либо соединяет 12-вольтовые линии разъ­ема PCI Express и дополнительного питания, то результатом будет не только нарушение спецификации, но и риск создания дисбаланса в таких принудительно коммутируемых каналах. Это значит, что грамотная сборка высокоуровневых платформ и май­нин­го­вых ферм невозможна без верификации системы с помощью ом­мет­ра. Или, перефразируя известного ав­то­ра, «воз­мож­на, если вам не важен результат».

Если требуется питать неразделимую нагрузку большим током, со­е­ди­не­ние линий из недостатка пре­вра­ща­ет­ся в пре­и­му­ще­ст­во — при раз­де­льных каналах встре­ча­ют­ся варианты, когда ток, обеспечиваемый бло­ком пи­та­ния по ли­нии до­пол­ни­тель­но­го питания видео карты, не­до­ста­то­чен, хотя он и меньше сум­мар­ного тока всех ка­на­лов. При одной 100A линии по­тре­би­тель за­стра­хо­ван от данного типа не­сов­мес­ти­мос­ти.

Дополнительные минусы единого канала также существуют, ведь потребляемый от линии питания ток яв­ля­ет­ся фун­к­ци­ей времени. Например, для жест­ко­го диска уровень по­тре­б­ле­ния уве­ли­чи­ва­ет­ся при по­зи­ци­о­ни­ро­ва­нии, для CPU и GPU из­ме­не­н­ия могут быть обусловлены ци­кли­че­ским вы­пол­не­ни­ем фраг­мен­тов кода, со­зда­ю­ще­го раз­лич­ную вы­чис­ли­тель­ную нагрузку. В результате вза­и­мо­вли­я­ния компонентов и вслед­ст­вие уве­ли­че­ния по­треб­ле­ния то­ка мо­жет воз­рас­ти уровень помех по ли­ни­ям питания. Выведя ре­гу­ля­тор гром­кос­ти на пол­ную мощ­ность и за­пус­тив майнинг, не услы­шим ли мы в динамиках «звон бит­ко­и­нов»?