Почему провалы в сети настолько вредны?

Я читал Нужна ли защита от перенапряжений? и хорошо, я хотел бы знать, почему провалы в сети так вредны. Объяснение, приведенное здесь, гласит: «Конденсаторы превышают номинальное напряжение». Но это не имеет смысла, если мощность, поступающая в блок питания, меньше обычного напряжения. Что происходит с блоком питания в случае его повреждения?

Есть ли какая-либо защита, встроенная в современные блоки питания для предотвращения такого повреждения? Есть ли какой-нибудь способ защитить компьютер в условиях отключения, кроме использования ИБП?

Отключение - это состояние пониженного напряжения, когда подача переменного тока падает ниже номинального значения примерно на 10% (номинальное значение 110-120 или 220-240 в большинстве мест). Таким образом, в США провал может быть определен как падение напряжения переменного тока ниже 99В. В спецификации Intel для блоков питания ATX указано, что напряжения между 90 и 135 и 180 и 265 должны обеспечивать правильную работу блока питания ( раздел 3.1 ), поэтому блок питания будет работать в обычном режиме, даже когда происходит заметное отключение питания.

Некоторые люди также включают очень короткие потери мощности (менее 30 мс или около 2 циклов переменного тока) в виде аварийных отключений, поскольку лампы накаливания кратковременно, но заметно тускнеют в течение этого времени, как в условиях реального пониженного напряжения.

В любом случае Intel определяет их как условия пониженного напряжения и обсуждает, каким требованиям должен соответствовать блок питания ATX при таких условиях, в разделе 3.1.3 Руководства по проектированию блока питания ATX12V Intel.

Источник питания должен содержать защитную схему таким образом, чтобы подача входного напряжения ниже минимального значения, указанного в таблице 1 раздела 3.1, не повредила источник питания.

Как правило, источники питания имеют входную секцию, состоящую из множества интересных схем, которые в конце концов обеспечивают около 308 В переменного тока для трансформатора, который затем питает схемы регулирования и кондиционирования. Эта схема фактически составляет основную основу схемы регулирования, и, если вы используете меньше, чем полная мощность блока питания, вы сможете справиться со значительными условиями пониженного напряжения, не нарушая регулирование на выходной стороне.

Когда происходит отключение питания, источник питания будет пытаться выдавать номинальный ток как можно дольше (в зависимости от входного напряжения и тока), и если он не сможет поддерживать регулирование, он будет сбрасывать Power Goodсигнал, поступающий на материнскую плату. Материнская плата отвечает за сброс power onсигнала, поступающего на источник питания, и, если он делает это вовремя, то источник сбрасывает весь свой выход и отключается.

Если материнская плата не может этого сделать, блок питания должен сбросить рельсы, когда он слишком далеко выходит из-под контроля, но это не гарантировано, и с низкокачественными блоками питания вы можете обнаружить, что ваши компоненты и материнская плата также получают условия пониженного напряжения.

То, что происходит в этот момент, зависит от того, насколько надежны эти компоненты, но, как правило, это не очень хорошая вещь, поскольку компоненты пытаются работать при более низком напряжении. Имейте в виду, что источник питания всегда обеспечивает пониженное напряжение при отключении питания в течение короткого времени (сброс выходов до 0 не происходит мгновенно), поэтому очень короткие периоды пониженного напряжения хороши. Проблема возникает только в том случае, если блок питания остается в состоянии пониженного напряжения в течение длительного периода времени, что может произойти, только если блок питания и материнская плата не смогли решить проблему и продолжают пытаться работать.

Имейте в виду, что спецификация Intel не намного больше, чем отраслевое руководство, и нет сертифицирующих органов. Даже хорошие источники питания не связаны никаким соглашением следовать его рекомендациям. Мой любимый раздел 3.1.5. Я видел много источников питания, как дорогих, так и дешевых, которые не выполняют эти рекомендации!

Конкретные эффекты различаются в зависимости от обсуждаемого компонента, который на самом деле является отдельным обсуждением.

PIE. P = IE. Мощность = Текущее время Напряжение. Таким образом, если напряжение ниже при отключении, источник питания должен потреблять больше тока из сети, чтобы поддерживать ту же мощность. Таким образом, в то время как напряжение напряжения действительно ниже во время отключения, напряжение тока в источнике питания увеличивается для компенсации.

Вот краткий ответ: при отключении питания источники питания должны потреблять больше тока, чтобы компенсировать более низкое напряжение питания, что очень напряженно для транзисторов, проводов, диодов и т. Д. Они также становятся менее эффективными, что заставляет их потреблять еще больший ток усугубляет проблему.

Вот длинный ответ: большинство ПК (если не все) используют импульсные источники питания. Если бы все элементы питания (транзисторы, трансформаторы, конденсаторы, диоды и т. Д.) Были полностью идеальными, источник питания мог бы брать любое входное напряжение и производить требуемую мощность при желаемом напряжении (при условии, что на вход для поддержания P = IE).

Но все эти элементы далеки от идеальных, поэтому все реальные источники питания рассчитаны на работу в определенном диапазоне, скажем, от 80 до 240 В. Даже в пределах диапазона, для которого они предназначены, КПД (процент мощности на выходе источника питания по сравнению с мощностью, необходимой на входе) имеет тенденцию падать по мере снижения входного напряжения. У Anandtech есть хороший пример графика . Ось X - это мощность на выходе источника питания (нагрузки), а ось Y - это эффективность. Таким образом, эта мощность наиболее эффективна при мощности около 300 Вт.

Для 120-вольтного входа он эффективен примерно на 85%, поэтому он потребляет около 300 Вт / 0,85 = 353 Вт от стены, чтобы получить 300 Вт на выходе. «Недостающие» 53 Вт рассеиваются в цепи блока питания (поэтому у ваших ПК есть вентиляторы - это похоже на то, что в вашем блоке питания есть лампочка на 50 Вт в маленькой коробке, и ей нужно отводить тепло). Поскольку P = IE, мы можем рассчитать ток, который ему необходим от настенной вилки для выработки 300 Вт выходной мощности от 120 В: I = P / E = 353 Вт / 120 В = 2,9 А. (Я игнорирую коэффициент мощности, чтобы сделать это объяснение простым.)

Для входа 230 В КПД составляет 87%, поэтому он отрывает от стены всего 344 Вт, что приятно. Поскольку напряжение намного выше, потребление тока намного ниже: 344 Вт / 230 В = 1,5 А.

Но в условиях отключения 90 В КПД еще хуже, чем при 120 В: 83,5%. Таким образом, теперь источник питания потребляет 300 Вт / 0,835 = 359 Вт от стены. И это тянет еще больше тока: 359 Вт / 90 В = 4А!

Теперь это, вероятно, не будет сильно напрягать этот блок питания, так как он рассчитан на 650 Вт. Итак, давайте кратко рассмотрим, что происходит при 650 Вт. Для 120 В это 82% КПД -> 793 Вт и 6,6 А от стены. Но КПД еще хуже при высоких нагрузках, поэтому для 90 В мы видим КПД 78,5%, что означает 828 Вт и 9,2 А! Даже если КПД останется на уровне 78,5%, если отключение питания достигнет 80 В, потребуется напряжение 10,3 А. Это много тока; вещи начинают таять, если они не рассчитаны на такой ток.

Вот почему провалы в электроснабжении вредны для источников питания. Они должны потреблять больше тока, чтобы компенсировать более низкое напряжение питания, что очень напряженно для транзисторов, проводов, диодов и т. Д. Они также становятся менее эффективными, что заставляет их потреблять еще больший ток, что усугубляет проблему.

Дополнительный пример: вот краткое объяснение того, почему источники питания становятся менее эффективными при уменьшении напряжения питания. Все электронные компоненты (транзисторы, трансформаторы, даже следы на печатной плате) имеют какое-то эквивалентное сопротивление. Когда силовой транзистор включен, он имеет сопротивление, скажем, 0,05 Ом. Поэтому, когда ток 3А протекает через этот транзистор, он видит 3А * 0,05 Ом = 0,15 В на своих выводах. Это 0,15 В * 3 А = 0,45 Вт мощности, которая сейчас рассеивается в этом транзисторе. Это бесполезная энергия - это тепло в блоке питания, а не питание для нагрузки. Это наш сценарий на 300 Вт, сценарий на 120 В.

В сценарии с 90 В на 300 В, сопротивление транзистора равно 0,05 Ом, но через него проходит ток 4 А, поэтому на его выводах падает 4 А * 0,05 Ом = 0,2 В. Это 0,2 В * 4 А = 0,8 Вт мощности, которая сейчас рассеивается в этом транзисторе. Таким образом, каждое устройство (и их много) в блоке питания, на котором имеется сопротивление / падение напряжения, будет генерировать больше тепла (потерянной мощности) при падении напряжения питания. Таким образом, в целом и в разумных пределах более высокие напряжения дают вам более высокую эффективность.