Меню

Span как блок питания

Span как блок питания

В статье в популярной форме вопрос-ответ рассказывается о ключевых моментах при использовании питания посредством PoE (Power over Ethernet). Приводятся различия между стандартами, даётся информация о защите устройств от импульсов перенапряжений и о других полезных вещах.

Что такое PoE?

PoE (Power over Ethernet) — технология подачи электропитания на клиентское устройство через витую пару стандарта Ethernet (обычно используется кабель cat.5. c разъемами RJ45). Один и тот же кабель используется и для передачи данных и для питания устройства.

Какие устройства поддерживаются?

В качестве питающих устройств могут выступать:

  • коммутаторы,
  • маршрутизаторы,
  • и другое сетевое оборудование.

В качестве клиентских устройств могут использоваться:

  • проводные телефоны,
  • видеокамеры,
  • точки доступа,
  • различные датчики и другое периферийное оборудование.

Существуют также устройства для интеграции с оборудованием, не поддерживающим
PoE.

Для чего это нужно?

Как писал поэт Владимир Маяковский: «Если звезды зажигаются, значит это кому-нибудь нужно». Ниже приводятся преимущества использования данной технологии.

Подключение устройств в труднодоступных местах

Например, на рабочем месте пользователя предусмотрены только две розетки: для монитора и системного блока. Часто такие требования возникают не из-за ошибки в планировании, а диктуются отраслевыми, региональными и другим стандартами ИТ-безопасности, пожарной безопасности, охраны труда и так далее.

Другой пример — если видеокамера или точка доступа закреплена под потолком, туда бывает сложно протянуть ещё и провод питания.

Управление по питанию

Вторая польза заключается в том, что PoE позволяет управлять устройством по питанию, например, временно отключать, включать или выполнять перезапуск (при зависании, обновлении или другой необходимости).

Это удобно, если приходится работать удалённо, или, когда устройства находятся в труднодоступных местах.

Особенно это полезно при работе с точками доступа, которые могут находиться на значительном расстоянии или вообще скрыты где-нибудь над фальшь-потолком.

Примечание. Практически все современные точки доступа от Zyxel поддерживают PoE
и в том числе новые модели с поддержкой Wi-Fi 6: как самые «бюджетные»
NWA110AX так и более продвинутые WAX650S и WAX510D

Рисунок 1. Двухдиапазонная точка доступа 802.11ax (Wi-Fi 6) NWA110AX.

Упрощение обслуживания

Помимо удобства эксплуатации, применение PoE позволяет снять головную боль в плане закупки и ремонта адаптеров питания, обеспечения пользователей розетками, например, через приобретение PDU (проще говоря, «переносок-разветвителей). Меньше узлов — меньше точек отказа — меньше звонков в техподдержку.

Электробезопасность

Кто бы что ни говорил, а 220 Вольт — это много. Это больно бьёт, это убивает. А вот 57 вольт, что является максимумом для PoE — тоже неприятно опасно, но уже не так сильно. В некоторых организациях для того, чтобы сисадмин выполнял работу ещё и электрика — нужен специальный допуск. Регламентируется это всё теми же отраслевыми и региональными стандартами. А с PoE — ничего такого отродясь не знали. Слаботочка — она и есть слаботочка.

Эстетика

Техническому персоналу что в первую очередь нужно? Лишь бы работало. Но некоторым особенно продвинутым «товарищам» нужно, чтобы это было еще и «красиво». Например, чтобы «лишние» провода не свисали. Или чтобы всё одного цвета было. А PoE избавляет от этих самый «лишних» проводников. Особенно чувствительны к этому разного рода проверяющие, комиссии и «большое начальство».

Какие минусы у PoE?

Более высокая стоимость устройств

Действительно, стоит дороже. Особенно если брать более или менее проверенное оборудование, а не полагаться на «авось», покупая «недорогие NoName решения».

С другой стороны, принцип «подороже — значит получше» работает не всегда. Поэтому охотиться за дорогим брендом имеет смысл, только если существуют дополнительные требования (есть список «разрешенного оборудования»).

Но даже при высокой цене на оборудование с PoE, его цена может быть гораздо ниже, чем организация «с нуля» дополнительной разветвлённой кабельной системы для электропитания удалённых устройств.

Падение мощности

При передаче низковольтного сигнала по тоненьким проволочкам КПД, скажем так, будет не очень. Чем дальше от питающего устройства, тем меньше электрической мощности останется для питания потребителей. Остальное тратится на сопротивление и нагрев проводов. С местным питанием (не PoE) дело обстоит проще. Сунул блок питания в розетку «и пошла энергия, пошла…»

Впрочем, подобные проблемы с расстоянием могут быть решены при помощи использования специальных коммутаторов с увеличенной мощностью сигнала, например, Zyxel серий [GS1300] (https://www.zyxel.com/ru/ru/products_services/Unmanaged-Switch-For-Surveillance-GS1300-Series/) и GS1350.

Требования к квалификации персонала

Скажем так, хотя применение PoE не требует великих знаний, кое-какие детали
освоить нужно. Информацию по данному вопросу найти можно без особого труда, хотя, если человек ни разу не работал с данной технологией, он столкнется с некоторой разрозненностью и фрагментацией учебного материала.

Стандарты PoE

Для новичков может возникнуть некоторая путаница. Существует 3 поколения
стандарта:

Первое поколение PoE (стандарт IEEE 802.3af) обеспечивает питание до 15,4 Вт постоянного тока для каждого подключенного устройства.

Второе поколение стандарт IEEE 802.3at, также называемое PoE+ может выдавать мощность до 30 Вт для каждого устройства. Данный стандарт используется для питания более «прожорливых» потребителей, например, камер видеонаблюдения Pan-Tilt-Zoom (PTZ) и беспроводных точек доступа 11n.

Для простоты восприятия основные отличия сведены в таблицу:

Параметры PoE PoE+
Напряжения постоянного тока на питаемом устройстве от 36 до 57 V (номинальное 48V) от 42,5 до 57 V
Напряжение, выдаваемого источником от 44 до 57 V от 50 до 57 V
Максимальная мощность PoE источника 15,4 Вт 30 Вт
Максимальная мощность, получаемая PoE потребителем 12,95 Вт 25,50 Вт
Максимальный ток 350 mA 600 mA
Максимальное сопротивление кабеля 20 Ом (для cat.3) 12,5 Ом (для cat.5)
Классы питания 0-3 0-4

Третье поколение описано стандартом IEEE 802.3bt.

Устройства, третьего поколения PoE позволяют обеспечить электропитание мощностью до 51 Вт по одному кабелю.

Примечание. Для питания устройств с использованием технологий стандарта IEEE 802.3bt. задействованы все восемь проводников кабеля современной витой пары (кат. 5 и выше), в то время как для первых двух поколений можно обойтись только четырьмя.

Если говорить о совместимости, то устройства PoE обратно совместимы — более мощное питающее устройство стандарта 802.3bt может использоваться для более старых потребителей PoE и PoE+ (802.3af, и 802.3at).

Терминология: End-span и Mid-Span

End-span — устройство обеспечивающее подачу электропитания от начала кабельной
линии.

Классический пример: коммутатор IP телефонии обеспечивает электропитание небольшой сети стационарных телефонов в пределах офиса.

Другой пример — система видеонаблюдения на небольшом складе, где видеокамеры получает электропитание от коммутатора через PoE

Обычно в таких системах не предусмотрено дополнительных устройств для усиления питающего сигнала.

Mid-span — когда питающее устройство, подключается не с начала кабельной линии, а дополнительно между коммутатором и конечным устройством. Например, питание видеокамеры через инжектор, который включается после коммутатора в промежуточном кроссовом шкафу.

Ещё немного терминологии:

  • PSE (Power Source Equipment) — питающее оборудование.
  • PD (Powered Device) — питаемое устройство.

Может питающее устройство понять, какое подключили клиентское устройство: с PoE или без?

Если речь идёт об End-span, например, о коммутаторе, все происходит не просто, а очень просто. Источник питания, например, коммутатор с портами PoE включает подачу питания для данного порта только в том случае, если подключенное устройство (например, точка доступа) поддерживает технологию PoE.

Как это работает?

  1. В начале выполняется проверка: поддерживает ли устройство-клиент питание через PoE. Подается напряжение от 2,8 до 10Bольт, определяется входное сопротивление. В случае, когда полученные результаты можно признать удовлетворительными для питания чрез PoE, питающее устройство переходит к следующему этапу.
  2. Питающее устройство определяет требуемую мощность для питания устройства-клиента, для последующего управления этой мощностью. В зависимости от уровня потребления устройствам присваивается класс: от 0 до 4.

Однако если речь идёт о недорогих устройствах Mid-Span, включаемых после обычного сетевого оборудования (без PoE), здесь всё не так радужно. В таких случаях обычно в линию подаётся постоянное питание с фиксированными параметрами, а проверка на предмет: «Какое устройство находится на другом конце линии?», — не производится.

А что делать, когда нужно подключить устройства без поддержки PoE, а розетки для адаптера электропитания не предусмотрено?

Для таких ситуаций служит Passive PoE с использованием PoE сплиттера.

В этом случае источник питания не опрашивает подключенное устройство и не согласовывает его мощность. Питание просто подается по свободным проводникам витой пары при помощи PoE сплиттера.

PoE сплиттер разделяет поступающий по витой паре сигнал на данные и питание (12В-24В). Таким образом становится возможным подать питание и интегрировать в существующую инфраструктуру устройство без поддержки PoE. При данном способе подключения необходимо тщательно подбирать мощность источника питания, и его потребителя.

А если наоборот? Необходимо подключить PD (клиентское устройство с PoE) к обычному сетевому оборудованию?

Для питания клиентских устройств с PoE, можно использовать PoE инжектор, который и предназначен для подачи в сетевой кабель дополнительного электропитания.

PoE инжектор имеет на входе разъём RJ45 и разъем для подключения к источнику питания. На выходе у него единственный разъем RJ45 с PoE.

PoE инжектор принимает стандартный сетевой сигнал и приводит «инъекцию» электропитания в линию для сетевого подключения, что позволяет подключить на выходе устройство c PoE.

Рисунок 2. Zyxel PoE инжектор PoE12-HP

Какие требования к кабелю?

Для подключения при питании через PoE используется витая пара не ниже cat.5e.

Важно. Проводники должны быть медными, а не омедненными, толщиной не менее 0,51 мм (24 AWG). Сопротивление в проводниках не должно превышать 9,38Ом/100 м.

Обычно на практике рекомендуют не использовать кабели длиной более 75м, хотя стандарты 802.3af и 802.3at говорят о поддержке 100м. В случае с Passive PoE практические рекомендации носят ещё более пессимистичный характер — реальная длина кабеля для нормальной работы не должна превышать 60м.

Однако специальные коммутаторы, например, управляемые GS1350 Extended Range Essentials могут поддерживать устройства на расстоянии 250м при скорости 10Mb/s.

Рисунок 3. Иллюстрация работы Extended Range.

Что такое защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)?

В любой протяженной электрической цепи существует угроза возникновения краткосрочных импульсов, вызванных накоплением заряда (увеличения разности потенциала — перенапряжения) с последующим разрядом. Ниже приводятся причины возникновения коротких импульсов перенапряжений.

  • Удар молнии поблизости от объекта, в том числе в молниеотвод вызывает электрический импульс и электромагнитное возмущение, что создает наведенную ЭДС в кабеле.
  • Накопление статического электричества, вызванное ионизацией воздуха и другими внешними явлениями, приводит к появлению импульсов статического напряжения, способных вывести из строя оборудование.
  • Перенапряжения вследствие коммутаций и переключений оборудования, например, коммутация патчкордов в кроссовой, включение дополнительных устройств питания, включение и отключение мощной нагрузки приводит к возникновению переходных процессов в электрических цепях с резкими скачками напряжения импульсного характера, что может привести к выходу из строя оборудования.

Примечание. Из-за ряда причин: удар молнии поблизости от объекта во время грозы, а также ионизации воздуха и накопления атмосферного электричества перед грозой такой вид защиты иногда называют «грозозащита». Не следует путать данный термин с термином «молниезащита» — то есть с защитой от непосредственного удара молнии.

Для предотвращения подобных угроз применяются устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Существует два варианта защиты (УЗИП): приобретение и установка внешних устройств и встраивание защиты в устройства с PoE.

Ну и напоследок ответ на вопрос: какие устройства выбрать?

Выбор питающего устройства

Когда говорят о выборе устройства-источника для питания PoE, имеют в виду end-span, и обычно это коммутатор. Коммутатор — самый используемый вариант, они применяются и в IP телефонии, и видеонаблюдении, и при развешивании точек доступа, и при расстановке всевозможных датчиков охранных систем, контроллеров СКУД и так далее.

Тут важно учитывать несколько факторов:

  1. Совместимость сверху вниз. То есть более современное устройство, поддерживающее последний стандарт IEEE 802.3bt может использоваться для подключения и питания более старых устройств. А вот наоборот — нет.
  2. Удаленность PD (питаемых устройств). Помимо длины, которая есть «здесь и сейчас», стоит задуматься о будущем. Например, если будет расширяться складская территория, или намечается переезд офиса. Лучше заложить некоторый запас характеристик «на перспективу».
  3. Управление устройствами. Помимо варианта ««зайти» на коммутатор и вручную выключить-включить питание», существуют и другие возможности управления, например, с использованием протокола LLDP для видеокамер.
  4. Защита от импульсных перенапряжений (УЗИП) и других вредных факторов.

У Zyxel есть коммутаторы, которые советуют всем указанным выше требованиям. Это модели новой серии GS1350. Мы уже писали о них ранее Данная серия изначально позиционировалась как «Смарт-управляемые коммутаторы для систем видеонаблюдения» Однако они без проблем применяются и для других случаев, например, для питания телефонов, точек доступа и других устройств с PoE.

Рисунок 4. Специализированный управляемый коммутатор PoE GS1350-26HP.

Неуправляемые коммутаторы серии GS1300 также являются неплохим выбором. Подборку специализированных коммутаторов от Zyxel можно посмотреть на рисунке 5.

Рисунок 5. Модельный ряд управляемых и неуправляемых коммутаторов с поддержкой PoE от Zyxel.

Выбор устройства-потребителя

Обычно при выборе конечных устройств ориентируются на их потребительские характеристики, например, на качество картинки при выборе видеокамеры, поддержке Wi-Fi стандартов при выборе точек доступа и так далее.

Однако электропитание также накладывает свой отпечаток. Имеет смысл учитывать следующие факторы:

  1. Экономичность устройства.
  2. Возможности управления.
  3. Цена и качество.

Важно! Несмотря на заявленную совместимость сверху вниз не стоит 100% уповать на эту возможность. В хорошем проекте источник питания и потребители должны поддерживать один стандарт, желательно самый актуальный, иметь полную совместимость, приобретаться в расчёте на использование новых технологий, например, Wi-Fi 6. Переделка целого куска инфраструктуры, гордо именуемая «модернизацией», чаще всего обходится дороже, чем некоторые дополнительные затраты на этапе внедрения.

Полезные ссылки

Специальные управляемые коммутаторы серии GS1350 и неуправляемые GS1300 на сайте Zyxel

Источник



Стандарты питания от PoE до PoE++, внедрение и методы проверки

Стандарты питания от PoE до PoE++ (4PPoE, IEEE 802.3bt)

Power over Ethernet (PoE) представляет собой технологию, обеспечивающую подачу электрической энергии вместе с данными по сетевой инфраструктуре Ethernet. Впервые технология PoE была разработана для упрощения развертывания телефонов VoIP и исключения необходимости в дополнительном источнике электропитания на самом телефоне. С тех пор данная технология играет важную роль в увеличении числа подключенных к сети устройств, особенно в тех случаях, когда в месте установки таких устройств сложно или дорого установить дополнительные электрические розетки. Технология PoE обеспечивает расширение сетей Wi-Fi за счет использования активных точек доступа и систем IP-наблюдения за счет использования активных камер. С учетом прогнозируемого роста числа устройств IoT (Интернета вещей) в сочетании с недавно утвержденными в стандарте 802.3bt (4PPoE) более высокими уровнями мощности правильность функционирования систем PoE становится критически важной.

Когда передачу данных и подачу электропитания обеспечивает единая кабельная инфраструктура, без хорошего проектирования и правильных методов проверки многое может пойти не так. Обязательными условиями для беспрепятственного развертывания являются глубокие знания спецификаций электропитания и передачи данных для развертываемых устройств, а также понимание характеристик существующей или новой кабельной инфраструктуры, которая будет использоваться для соединения устройств и источников электропитания.

В этой статье описывается технология PoE, включая недавно принятую спецификацию IEEE 802.3bt, также называемую PoE++ или 4PPoE (PoE по четырем парам). Здесь можно будет найти ответы на следующие вопросы:

  • Как работает технология PoE?
  • Каковы особенности развертывания систем PoE, особенно при увеличении потребности в электрической мощности?
  • Существуют ли стандартные проверенные методики для проверки и устранения неисправностей во время развертывания?

Типы оборудования PoE

Типы оборудования PoE

Прежде чем погрузиться в рассмотрение технологии PoE, важно уяснить несколько ключевых терминов:

PSE (Power Source Equipment / Питающее оборудование)

Это устройство, которое обеспечивает подачу электропитания. Устройство PSE может быть либо End-Span, либо Mid-Span (смотрите ниже).

PD (Powered Device / Питаемое устройство)

Это устройство, получающее электропитание от системы PoE.

Источник электропитания End-Span – это обычно сетевой коммутатор или инжектор, который обеспечивает подачу электропитания от конца кабельной линии.

Источник электропитания Mid-Span – это устройство (обычно PoE инжектор), которое обеспечивает питание PoE из середины кабельной линии, и находится между сетевым коммутатором и устройством PD.

Технология PoE использует кабели типа «витая пара» для соединения между устройствами PSE и PD. Сечение и материал кабеля и соединительного оборудования (например, патч-панели) влияют на потерю мощности.

На рисунке ниже показаны конфигурации электропитания End-Span и Mid-Span для PSE. Оборудование End-Span обычно используется в новых установках, когда необходимы и другие обновления коммутатора (например, переход на технологию 1000-BaseT). Развертывание коммутатора PoE обеспечит более удобную подачу электропитания в вашей сети и добавит меньше потенциальных точек неисправностей и сложностей, чем в случае конфигурации Mid-Span.

Конфигурация Mid-Span используется, когда коммутатор, пусть и не поддерживающий технологию PoE, заменять нежелательно, а в сеть необходимо добавить только подачу электропитания, обычно с помощью PoE инжектора. При использовании абсолютно пассивного источника электропитания Mid-Span в линии передачи данных максимальное расстояния между коммутатором и устройством PD по-прежнему должно быть менее 100 метров. Некоторые источники Mid-Span могут получать электропитание от оконечного устройства PoE и работать как повторитель сигнала для увеличения расстояния между устройством PD и коммутатором за пределы установленного ограничения в 100 метров.

Типы источников PSE

Типы источников PSE.

Power Source Equipment (PSE), e.g. Switch

Питающее оборудование, например, коммутатор

Powered Device (PD)), e.g. VoIP Phone

Питаемое устройство, например, телефон VoIP

Switch with no PoE

Коммутаторы без PoE

PoE Injector (PSE)

Источник PoE (устройство PSE)

Стандарты и совместимость PoE

С течением времени стандарты PoE эволюционировали, обеспечивая подачу все более высокой мощности для удовлетворения требований новых приложений. Это привело к появлению сложного многообразия продуктов PoE, как основывающихся на стандартах, так и являющихся достандартными реализациями. Эти многочисленные реализации различаются функционально, предлагаемыми уровнями напряжения, уровнями мощности, управлением подачей питания и классификацией. Из-за большого разнообразия представленного на рынке оборудования PSE и PD бремя выбора правильного оборудования и проверки совместимости ложится на потребителя. Требующие более высокой электрической мощности устройства PD, например, камеры PTZ с подогревом для систем уличного видеонаблюдения, отличаются тем, что имеют изменяющиеся требования к электропитанию, например, для режимов ожидания и активного состояния. Успешное развертывание систем PoE требует от установщика понимания этого многообразия и учета максимальной мощности, необходимой устройствам PD.

Ниже расписаны четыре типа PoE, заданные стандартом IEEE. Новый стандарт IEEE 802.3bt обеспечивает наивысший уровень максимальной мощности, подходящий для электропитания киосков и освещения. Существуют также нестандартные реализации PoE, такие как подача питания 12 или 24 В постоянного тока для камер видеонаблюдения и точек доступа конкретного производителя.

Источник

Правильное питание — залог здоровья. Выбираем блок питания. Часть 1. Практикум

Приведем небольшой пример. Если вы собираетесь покупать автомобиль, то вы прекрасно понимаете, что собираетесь использовать его прежде всего в качестве средства передвижения. Для этого машине нужно качественное топливо. В противном случае вам не избежать дорогостоящего ремонта. С компьютером происходит все то же самое. Для стабильной работы ему нужно электрическое питание. Выходит, что «неофициально» блок питания является важнейшим элементом любого десктопа.

В данной статье мы постараемся доказать, что покупка дешевых «кормушек» может привести к нежелательным последствиям, а также развенчать некоторые мифы, буквально ставящие пользователей в тупик.

Блок питания — не роскошь. Но и не устройство, которым можно пренебречь!

Конструкция блока питания

Так как сейчас доминирующим форматом блоков питания является ATX, то мы будем рассматривать именно его. Подготавливая этот материал, мы не руководствовались желанием показать вам углубленную структуру современных БП, так как вытекающий из этого объем информации может просто-напросто отбить у вас всякий интерес к чтению.

Любой блок питания условно можно разделить на несколько функциональных частей: фильтр электромагнитных помех, выпрямитель, схема APFC, дежурный источник питания, инвертор, выпрямитель и фильтр выходных напряжений, схема защиты и выключения, ШИМ-контроллер. Также в последнее время все чаще в современных «кормушках» встречаются отдельные схемы управления скоростью вращения вентилятора. Эти узлы в той или иной мере взаимосвязаны друг с другом и расположены на печатной плате, прикрученной к днищу корпуса.

Структурная схема блока питания

В качестве примера мы использовали фотографию Thermaltake TR2 550W — недорогого, но популярного в России блока питания.

Компонентная база Thermaltake TR2 550W

Элементы Thermaltake TR2 550W: сетевой разъем (1), Х-конденсатор сетевого фильтра (2), предохранитель входной цепи (3), варистор (4), Х-конденсатор низкочастотного фильтра (5), дроссели низкочастотного фильтра (6), Y-конденсаторы низкочастотного фильтра (7), диодный мост (8), два полевых транзисторы APFC (9), быстрый диод APFC (10), электролитический конденсатор APFC (11), дроссель APFC (12), модуль управления APFC/PWM (13), согласующий трансформатор инвертора (14), радиатор с двумя силовыми ключами инвертора (15), модуль управления источника дежурного питания с ШИМ-драйвером и полевым транзистором (16), импульсный трансформатор источника дежурного напряжения (17), импульсный трансформатор главного инвертора (18), диод Шоттки источника дежурного напряжения (19), электролитический конденсатор фильтра ИДН (20), оптроны обратной связи (21), диод Шоттки шины +3,3V (22), выпрямительные диоды шины +12V (23), радиатор охлаждения вторичной цепи (24), супервизор (25), разъем подключения термодатчика (26), электролитические конденсаторы высокочастотного фильтра (27), биполярный транзистор для управления скоростью вращения вентилятора (28), плата для подключения отстегивающихся кабелей (29), дроссель групповой стабилизации +12V и +5V (30).

EMI-фильтр

На входе БП расположен фильтр ЭМП (электромагнитных помех). Так как компьютерный блок питания является импульсным, он генерирует высокочастотные шумы в сеть.

Существуют две составляющие электромагнитной помехи: синфазная и дифференциальная. Синфазная помеха не связана с заземлением и проходит по линии питания. Дифференциальная появляется между одним из проводов сети и «землей». Для подавления первой составляющей используются Х-конденсаторы и дроссели с встречными обмотками, для второй — Y-конденсаторы и проходные дроссели. Обычно конденсаторы встречаются как на входном разъеме питания 220 В, так и на плате, образуя фильтр кондуктивных шумов.

Для уменьшения излучаемых помех служит сам корпус блока питания, изготовленный из металлических сплавов. Здесь же расположен варистор для защиты первичной части БП от перенапряжения, а также предохранитель, разрывающий цепь при коротком замыкании и/или перегрузке.

Выпрямитель

Затем отфильтрованный переменный ток преобразуется в постоянный с помощью выпрямительного диодного моста, как правило, прикрепленного к радиатору. В дешевых блоках питания используются четыре обычных диода, образующих мост, что сказывается на использовании свободного пространства на плате и надежности.

Инвертор

Инвертор является главным силовым преобразователем любого блока питания. Он состоит из трансформатора, согласующего каскада, ШИМ-микросхемы и силовых ключей. Управляющая микросхема в последнее время перекочевала в комбо-модуль PWM+APFC, представляющий собой дочернюю плату, однако существует еще достаточно БП, где она представлена в отдельном виде. Суть ее работы довольно проста: она регулирует время открытого состояния силовых транзисторов, путем подачи сигналов на их затворы. Грубо говоря, чем дольше открыт ключ, тем больше энергии передаст трансформатор. Работают транзисторы попарно (когда один открыт, другой закрыт, и наоборот), так как в большинстве своем инверторы — двухтактные. И делается это десятки, а то и сотни тысяч раз в секунду.

Выходной выпрямитель и узел фильтрации

Блок выпрямителей и фильтрующих элементов как правило состоит из диодов Шоттки, электролитических конденсаторов и дросселя групповой стабилизации. В разных БП по-разному реализована элементная база, и вышесказанное необязательно является примером. В классическом исполнении напряжения 12 В, 5 В и 3,3 В снимаются со вторичных обмоток импульсного трансформатора и выпрямляются своими диодными сборками.

В последнее время диоды активно заменяются полевыми транзисторами, в виду чего снижаются потери и вторичная цепь напрочь лишается радиаторов охлаждения. К тому же «вторичкой» осталась только 12 В, которая является несущей шиной вторичного напряжения. От нее непосредственно формируются +3,3 В и +5 В.

Защитный узел

Схема защиты в настоящее время реализована на микросхеме супервизора. Она постоянно мониторит выходные напряжения +3,3V, +5V и +12V и в случае выхода значений за пределы снимает сигнал Power Good, тем самым завершая работу компьютера. Основными ее функциями является защита от перегрузки, а также пониженного и повышенного напряжения.

Разъемы блока питания

Все коннекторы компонентов компьютера унифицированы, поэтому распиновка разъемов блоков питания также стандартная. На изображении ниже вы можете увидеть расположение отдельных гнезд в соответствии со стандартом ATX. Слева расположен 20-контактный коннектор, поддерживаемый бюджетными материнскими платами, а справа — более распространенный 24-пиновый. Как видно, отличаются они лишь наличием дополнительных проводов питания +12V, +5V, +3,3V и «земли».

Распиновка всех разъемов БП

Все разъемы имеют ключи, препятствующие неправильному подключению, хотя на практике особо усердные уникумы умудряются все же воткнуть их «вверх ногами». SATA-коннектор имеет Г-образный корпус, а вот у MOLEX-разъема в роли «защиты от дурака» выступают уголки по краям корпуса. У коннекторов для подключения дополнительного питания +12V и материнской платы ключами являются сами пины.

Если говорить о принадлежности каждого типа разъема к подключаемому устройству, то название, как правило, говорит само за себя. Например, SATA предназначен для подключения девайсов с одноименным интерфейсом.

Коннектор SATA блока питания

Коннекторы MOLEX блока питания

Дополнительное питание CPU бывает двух видов: 4- и 8-пиновые в зависимости от мощности блока питания. Коннекторы PCI-E бывают 6- или 8-пиновые и служат для подключения высокопроизводительных карт расширения, среди которых особо выделяются видеокарты. Для питания наиболее производительных решений может потребоваться до трех 8-пиновых разъемов. Поэтому при выборе блока питания всегда следует учитывать количество коннекторов.

Коннектор питания CPU

Коннектор питания PCI-E

Отметим, что «кормушки» бывают как модульные, так и немодульные, то есть в некоторых устройствах неиспользуемые кабели можно отсоединить.

Корпус полностью модульного блока питания

Еще один важный момент — длина проводов. Как правило, производитель это в технических характеристиках. В некоторых случаях длины кабеля может не хватить, что провести его через все шасси корпуса к нужному коннектору на материнской плате.

Стандарты блоков питания

Существует достаточно много стандартов исполнения «кормушек». Они унифицированы для конкретных инженерных решений, будь то сервер, домашний десктоп или медиацентр. Это очень удобно, ведь зная форм-фактор вашего блока питания, вы без труда можете подобрать комплектующие, соответствующие ему. Мы не будем заострять наше внимание на устаревших и редких стандартах.

ATX12V 2.0

Этот стандарт относится к ATX, что видно из названия. Главное отличие второй ревизии — наличие сразу двух шин +12V. Связано это в первую очередь с требованиями безопасности, согласно которым мощность цепи, к которой имеется открытый доступ для оператора, не должна превышать 240 ВА, то есть не больше 240/12=20 А. При этом производителям блоков питания был предоставлен широкий простор для выбора различных вариаций мощности, но с обязательным регламентированием максимальных токов по линиям.

EPS12V

Это серверный стандарт, использующийся в вычислительных системах начального уровня. Однако он совместим с форм-фактором ATX12V 2.0 и поэтому может применяться в домашних компьютерах. Следует учесть, что блоки питания данного формата имеют вытянутую форму глубиной 180 мм или 230 мм.

Эффективность блока питания

APFC (активная коррекция коэффициента мощности) заменила в современных блоках питания устаревшую PPFC, то есть пассивную коррекцию. Связано это в первую очередь с относительно низким коэффициентом мощности у PPFC (всего лишь 0,6). Например, APFC имеет 0,9, что ближе к идеалу.

Почему же в последнее время все больше и больше внимания уделяется увеличению коэффициента мощности? Раньше этому не уделялось должное внимание в виду меньшей загруженности сетей. А когда в нашу эпоху электрификации и обилия всевозможных приборов резко встал вопрос об эффективном использовании ресурсов, инженеры вспомнили о КМ. Суть проблемы заключается в том, что помимо полезной части электрического тока, существует и реактивная его составляющая. В ней то и «зарыта собака». Она не делает полезной работы, зато нагревает проводники и увеличивает общую нагрузку на сеть. Например, мы имеем компьютер, потребляющий 200 Вт, и блок питания с КМ 0,6. В итоге из домашней сети ПК потребляет 200/0,6=333 Вт, то есть 133 Вт реактивной мощности рассеивается в виде тепла. Соответственно и платить вы будете больше. Но если применить блок питания с APFC, то полная мощность будет равна 200/0,9=222 Вт, то есть всего 22 Вт реактивной мощности!

В США и странах Европы цены за электроэнергию очень высокие. У нас — консервативные. Однако рано или поздно и нам придется экономить.

Также блоки питания с APFC имеют лучшую помехоустойчивость, высокий коэффициент стабилизации и КПД, низкий коэффициент пульсаций выходных напряжений, меньшее влияние на внешнюю сеть. Устройства способны работать в диапазоне напряжений 110-250 В.

Кстати, мы опустили факт лишнего нагрева проводки, так как ПК — далеко не самое «прожорливое» устройство в квартире.

Спецификация 80 PLUS

Стандарт энергосбережения Energy Star 4.0, принятый в 2007 году, включает в себя программу 80 PLUS, подразумевающую проверку блоков питания на соответствие нормам энергоэффективности. К ним относятся коэффициент полезного действия (отношение выходной мощности к потребляемой) и коэффициент мощности (отношение активной мощности к полной). Согласно 80 PLUS, КПД должен быть не ниже 80% при 20%, 50% и 100% нагрузке относительно номинальной мощности блока питания. Ниже представлена таблица сертификатов эффективности при номинальном напряжении 230 В.

Один из важнейших критериев выбора блока питания: наличие сертификатов 80 PLUS Gold, 80 PLUS Platinum и 80 PLUS Titanium. Оно свидетельствует о том, что при сборке устройства использованы высококачественные элементы.

Напряжение в электросети, 230В
Процент от номинальной нагрузки 20% 50% 100%
80 PLUS
80 PLUS Bronze 81% 85% 81%
80 PLUS Silver 85% 89% 85%
80 PLUS Gold 88% 92% 88%
80 PLUS Platinum 90% 94% 91%
80 PLUS Titanium 94% 96% 91%

Любопытно, что на выставке CES 2014 был представлен блок питания Corsair AX1500i мощностью 1500 Вт, имеющего сертификат 80 PLUS Titanium! Пока еще рано делать конкретные выводы об этом устройстве. Известно лишь о том, что «кормушка» поступит в продажу не ранее второго квартала текущего года.

Мифы о блоках питания

Чем больше вес, тем качественнее блок питания

Это уже устаревшее определение качества БП, ничего общего не имеющее с реальностью. Если раньше это высказывание опиралось на факты, то сейчас они говорят о другом. Раньше КПД блоков питания был относительно низкий, поэтому на внутренних компонентах выделялось большое количество тепла. Для предотвращения их перегрева использовались массивные радиаторы, которые и составляли львиную долю веса всего БП.

В современных устройствах (ввиду высокого КПД) нагрев элементов несущественный, поэтому зачастую можно встретить блоки питания без радиаторов во вторичной цепи.

Также на уменьшении потерь сказывается использование APFC, улучшение характеристик импульсных трансформаторов, замена выпрямительных диодов на полевые транзисторы. Последнее связано с тем, что у MOSFET-ов сопротивление канала в открытом состоянии составляет доли Ома, что ведет к снижению выделяемой на них мощности. Стоит отметить, что высокая частота работы инверторов также привела к уменьшению размеров компонентов.

Многообещающая компонентная база

Многим компьютерным пользователям известны различные уловки производителей по привлечению покупательского спроса. Самые распространенные из них украшают упаковки: применение «японских» и твердотельных конденсаторов (очень часто — «японских» твердотельных), возможность работать в экстремальных условиях, дроссели с ферритовым сердечником, наличие всевозможных защит.

Все вышеперечисленное, конечно же, является огромным плюсом, но всегда ли это совпадает с реальностью? У хороших фирм — да. Однако уловка заключается в следующем: «японские» и полимерные конденсаторы, дроссели с ферритовым сердечником присутствуют внутри, но их количество — минимальное. Вся остальная «рассыпуха» может быть представлена бюджетными элементами.

А зачем обычному пользователю блок питания с «возможностью работы в экстремальных условиях»? Большинство пользователей разве работает дома при минусовых температурах или, наоборот, при аномально высокой жаре? Лишь за редким исключением. Вердикт таков: индустриальный класс устройств должен применяться по назначению, а не быть навязан домашнему пользователю.

Обилие защит, ярко расписанное маркетологами компаний, ровным счетом ни о чем не говорит. Стандарт ATX предусматривает проверку всех БП на соответствие требованиям безопасности. В противном случае непрошедшие контроль качества устройства просто не поступят в продажу. Маркетинг.

Миф о многоканальных и одноканальных шинах +12V

Эта тема настолько обширная и настолько запутанная, что в рамках статьи невозможно описать все предубеждения, связанные с этим мифом. Внесем лишь одну ясность. Любой БП имеет шину +12V. Согласно стандарту ATX, максимальный ток на одной линии не должен превышать 20 А. Инженеры, «обманывая» регламентированные требования, пошли на ухищрение и снабдили БП виртуальными шинами, каждая из которых питает отельную группу разъемов блока питания. Однако они зашунтированы и запитаны все от того же канала +12V.

В последнее время все чаще встречаются многоканальные БП с ограничением тока по каждой линии в 30 А. В этих устройствах линии сгруппированы для того, чтобы превысить нормы стандарта ATX, не нарушая их. Однако все они изначально связаны с одной единственной несущей шиной!

Для блоков питания с APFC требуется UPS с синусоидальной формой напряжения на выходе

Совместимость источников бесперебойного питания и БП с активным корректором коэффициента мощности давно обсуждается в интернете. Однако стоит расставить все точки над i. Несовместимость UPS и APFC-блока кроется в больших пусковых токах, так как последний фактически работает в режиме высокочастотного короткого замыкания. Поэтому советуем вам присмотреться к покупке «бесперебойника» с двукратным запасом мощности. В противном случае UPS может просто уйти в защиту.

Как выбрать качественный блок питания?

Конечно, о блоках питания не так интересно читать, как, например, о видеокартах. Однако, когда в этом появляется необходимость, то на помощь приходят обзоры, обзоры и еще раз обзоры.

Источник

PoE — питаемся по витой паре

PoE — питаемся по витой паре

Аватар пользователя

Содержание

Содержание

Проводные локальные сети не спешат сдавать позиции даже несмотря на повсеместное распространение Wi-Fi. Подключение с помощью витой пары все еще надежнее беспроводного во многих аспектах. Системы видеонаблюдения, IP-телефоны, индустриальные локальные сети, и локальные сети предприятий — во всех этих случаях использование беспроводной связи нежелательно. Передача электрической энергии по витой паре (PoE — «Power over Ethernet») позволяет немного сократить расходы на построение такой сети, снимая необходимость оснащения розеткой 220В каждой точки подключения сетевого устройства.

Преимущества и недостатки

Оборудование с поддержкой PoE (концентраторы и конечные устройства) стоит дороже обычного, поэтому в некоторых случаях особой экономии не будет. Например, при построении сети IP-телефонии — как правило, в точках установки телефонов розетки уже есть. Но выгода от использования PoE может быть не только экономической.

Подключение устройств через PoE безопаснее, так как питание по витой паре стабилизировано и не зависит от помех в сети 220В. А еще с помощью PoE можно очень просто обеспечить все устройства сети гарантированным питанием — для этого всего лишь надо запитать с ИБП базовый концентратор сети (разумеется, и у него, и у сетевых устройств должна быть поддержка PoE).

PoE обеспечивает централизованное управление и контроль всех устройств сети: включение/выключение каждого отдельного устройства (в том числе автоматическое), ведение учета потребленной каждым устройством электроэнергии; интерфейс PoE-концентраторов обычно также позволяет определять режим работы отдельных устройств и своевременно обнаруживать поломки.

Подключение с использованием PoE выглядит эстетически совершеннее — меньше розеток, меньше проводов.

К недостаткам устройств с PoE (кроме уже упомянутой высокой цены) можно отнести ограниченную электрическую мощность и повышенный уровень энергопотерь: сечение жилы витой пары невелико, поэтому в ней возрастает сопротивление и падает напряжение. Кроме того, из-за большей мощности концентратора с поддержкой PoE, ему потребуется более мощный (и дорогой) ИБП.

Как это работает?

PoE-устройства делятся на несколько видов:

1. Конечные источники питания (endspan) — свитчи, коммутаторы, маршрутизаторы с поддержкой PoE. При подключении к такому коммутатору сетевого устройства, оно получит питание автоматически — если, конечно, тоже поддерживает PoE.

2. Промежуточные источники питания (midspan) — адаптеры (инжекторы) PoE и блоки питания PoE. Эти устройства используются, когда нужно организовать PoE на отдельных линиях сети. Они позволяют подключать PoE-потребителей к обычным коммутаторам.

3. Сплиттеры — устройства, предназначенные для подключения к сети с PoE обычных сетевых устройств. Они разделяют (англ. «split» — разделять) поступающее по одному кабелю питание и данные, выводя их на два отдельных разъема: RJ-45 и разъем питания.

PoE-инжектор и PoE-сплиттер в паре можно использовать для передачи питания по кабелю Ethernet в обычной сети без устройств с поддержкой PoE.

4. PoE-потребители — сетевые устройства (IP-телефоны, видеокамеры, точки доступа, коммутаторы и пр.), способные получать питание по сети Ethernet.

Технология PoE использует два метода передачи данных по витой паре, называемые метод «А» и метод «В». По методу «А» питание передается по тем же проводам, что и данные (1,2,3 и 6 контакты в разъеме). По методу «В» питание передается по другим проводам — 4,5,7 и 8. В сетях 10Base-T и 100Base-TX (10 Мбит и 100 Мбит соответственно) эти провода не задействованы, что позволяет использовать для них недорогой четырехпроводной кабель. Очевидно, метод «В» с такими кабелями работать не будет.

Все PoE-потребители и сплиттеры могут работать по обоим вариантам. А вот источники питания, как правило, поддерживают только один метод.

Таким образом, если у вас сеть 10Base-T или 100Base-TX, построенная на четырехпроводном кабеле, источники питания должны поддерживать метод «А». К сожалению, определить, какой метод поддерживается источником, не так просто. Почему-то в спецификации эта особенность указывается нечасто и порой определить метод питания можно только по документации или по наклейке на корпусе. Если там указаны контакты 1-2-3-6, то питание подается по методу «А», если 4,5,7,8 — по методу «В».

Если же вы используете в ЛВС восьмипроводной кабель, о методе PoE можно не думать — на таких кабелях будет работать любое PoE-оборудование.

У незнакомых с технологией часто возникает вопрос: не опасно ли подключать в сеть с РоЕ «обычные» устройства без поддержки РоЕ? В общем, это безопасно — инжектор подаст в кабель питание только после того, как получит ответ о поддержке протокола от питаемого устройства. Это защищает оборудование от повреждений не только когда PoE не поддерживается, но и если сетевой кабель был обжат неправильно.

Однако существует технология Passive PoE, в которой передача питания по кабелю осуществляется парой отдельных устройств — подключенный к питанию инжектор подает напряжение на свободные пары, а сплиттер снимает его и выводит на отдельный разъем (розетку), к которому уже подключается обычное сетевое оборудование.

Инжектор Passive PoE подает питание в кабель сразу после включения и, если с другой стороны кабеля подключить не сплиттер Passive PoE, а непосредственно сетевое устройство, оно может выйти из строя. Ну и ошибка при обжимке кабеля в этом случае также может привести к неприятным последствиям.

Passive PoE может упростить (и удешевить) подключение «обычных» сетевых устройств без внедрения PoE в локальную сеть, но пользоваться им следует с осторожностью. Кроме того, поскольку Passive PoE может передавать питание только по свободным парам (как метод В в РоЕ и РоЕ+), в сетях 1000Base-T его использовать нельзя.

Стандарты

PoE описан стандартом 802.3af. В настоящее время разработаны и поддерживаются многими устройствами новые стандарты — 802.3at (PoE+) и 802.3bt (PoE++). Различия стандартов приведены в таблице:

Кроме того, последний стандарт 802.3bt задействует для передачи питания все 4 пары, поэтому использовать его на кабелях с двумя парами проводов не получится.

Стандарты 802.3 частично обратно совместимы: питающее устройство 802.3bt снабдит питанием и питаемое устройство 802.3af, и 802.3at. А вот сплиттер 802.3at от инжектора 802.3af может и не заработать — производители порой реализуют обратную совместимость и для приемников, но стандарт этого не требует; кроме того, порой таковая совместимость просто невозможна — например, если сплиттер потребляет больше, чем способен выдать инжектор.

Как мы видим, PoE — это достаточно просто и безопасно, и — в некоторых случаях — может значительно упростить внедрение распределенной системы на базе сети Ethernet и снизить её стоимость. Однако при её использовании следует уделить большее время планированию системы и правильно подобрать оборудование в соответствии с требуемыми скоростями передачи данных, используемыми кабелями, потребляемой мощностью и так далее.

Источник

Питаемся правильно: как выбрать блок питания для компьютера

Мало собрать мощные комплектующие в корпусе ПК: надо их еще и правильно запитать. Рассказываем, на какие параметры обратить внимание при выборе блока питания.

Питаемся правильно: как выбрать блок питания для компьютера

К сожалению, в компьютер нельзя установить любую приглянувшуюся железку. Чтобы ПК функционировал нормально, комплектующие должны быть совместимы между собой по определенным параметрам. У блоков питания таких характеристик не так много, но в них нужно уметь разбираться, чтобы подобрать оптимальную модель.

Питание потом. Главное — чтобы влезло!

В первую очередь обратите внимание на габариты блока питания. Вам нужен такой, который влезет в корпус.

Иными словами, если у вас корпус форм-фактора ATX, то и блок питания должен быть такого же типа. Можно меньше. Если взять больше, то комплектующая не влезет в корпус, и её придется оставлять проветриваться снаружи. Самые популярные форм-факторы следующие:

  • ATX — это самый распространенный форм-фактор блоков питания для ПК. Они имеют габариты 150x86x140 мм и бывают двух вариантов исполнения: с закрытым (80 мм) и открытым (120 мм) вентилятором.
  • SFX – компактные блоки питания с короткими проводами и размерами 125×51,5×100 мм. Это форм-фактор для компактных мультимедийных ПК или серверов.
  • TFX – форм-фактор для корпусов нестандартной формы или небольшой высоты, тоже с короткими проводами. Его размеры – 85x65x175 мм. Грубо говоря, SFX более «квадратный», а TFX более «вытянутый».
  • Внешние блоки питания вообще не предназначены для установки в корпус компьютерам. Они чаще всего имеют большую мощность и используются в профессиональном оборудовании.

Смотрим на коннекторы

Блок питания подключается практически ко всему железу в компьютере. В зависимости от типа коннектора, у вас получится запитать только определенный тип комплектующих.

Питаемся правильно: как выбрать блок питания для компьютера

  1. Основной кабель питания 20+4 pin. Версия 1.0 и выше подключается к материнской плате при помощи 20-pin разъема. Это устаревший стандарт, сейчас такие блоки питания не встречаются. Версия 2.0 и выше подключается к материнской плате при помощи 24-pin разъема. Многие из таких БП обратно совместимы со старыми материнскими платами, так как имеют разделенный разъем (20+4 pin).
  2. Кабель питания ЦПУ. Подает питание на процессор. На картинке стандартный разъем 4-pin, но существуют также вариант 4+4 pin — для особо мощных процессоров. Если на материнской плате для питания процессора располагается 8-pin коннектор, а БП имеет только 4-pin кабель, то не переживайте. У вас всё равно получится запустить систему, если просто вставить 4-pin коннектор в разъем 8-pin.
  3. Кабель питания жесткого диска SATA. Подает питание на накопители современного типа.
  4. Кабель питания периферии. В настоящее время используется редко. В основном используется для подключения подсветки, корпусных кулеров, регуляторов оборотов и т.д.
  5. Кабель питания шины PCI-Express. Предназначен для коннекта видеокарты. Чаще всего встречается в формате 6+2 pin. Но существуют и другие.
  6. Кабель питания флоппи-привода. Использовался для подачи питания на устройство для чтения дискет. Устаревший тип кабеля. Также иногда применяется в платах расширения (например, звуковая карта).

Выбирая БП, определитесь с конфигурацией комплектующих. В любом блоке питания присутствует основной кабель и хотя бы один кабель питания процессора. Если у вас несколько дисков SATA, подберите модель с соответствующим числом кабелей питания. Это касается дисков IDE, а также CD/DVD-приводов. Если у вас мощная видеокарта или несколько видеокарт, для их питания могут понадобиться дополнительные кабели PCI-Express.

Источник

Читайте также:  Ремонт блока питания bn44 00216a