Как работает блок питания компьютера

А вы знаете — как устроен блок питания компьютера?

Добрый день, друзья!

А вы хотели бы узнать, как устроен блок питания компьютера? Сейчас мы попытаемся разобраться в этом вопросе.

Для начала отметим, что компьютеру, как и любому электронному устройству, необходим источник электрической энергии. Вспомним, что бывают

Первичные и вторичные источники электропитания

Первичные — это, в частности, химические источники тока (элементы питания и аккумуляторы) и генераторы электрической энергии, находящиеся на электростанциях.

В компьютерах могут применяться:

литиевые элементы напряжением 3 В для питания КМОП микросхемы, в которой хранятся установки BIOS,
литий-ионные аккумуляторы (в ноутбуках).

Литиевые элементы 2032 питают микросхему структуру CMOS, хранящую настройки BIOS Setup компьютера.

Потребление тока при этом невелико (порядка единиц микроампер), поэтому энергии батареи хватает на несколько лет.

После исчерпания энергии такие источник энергии восстановлению не подлежат.

В отличие от элементов литий-ионные аккумуляторы являются возобновляемыми источниками. Они периодически то запасают энергию, то отдают ее. Сразу отметим, что любые аккумуляторы имеют ограниченное количество циклов заряд-разряд.

Но большая часть стационарных компьютеров питается не от аккумуляторов, а от сети переменного напряжения.

В настоящее время в каждом доме имеются розетки с переменным напряжением 220 В (в некоторых странах 110 — 115 В) частотой 50 Герц (в некоторых странах – 60 Герц), которые можно считать первичными источниками.

Но основные компоненты компьютера не могут непосредственно использовать такое напряжение.

Его необходимо преобразовать. Выполняет эту работу источник вторичного электропитания (народное название — «блок питания») компьютера. В настоящее время почти все блоки питания (БП) — импульсные. Рассмотрим более подробно, как устроен импульсный блок питания.

Входной фильтр, высоковольтный выпрямитель и емкостный фильтр

На входе импульсного БП имеется входной фильтр. Он не пропускает помехи, которые всегда есть в электрической сети, в блок питания.

Помехи могут возникать при коммутации мощных потребителей энергии, сварке и т.п.

В то же время он задерживает помехи и самого блока, не пропуская их в сеть.

Если быть более точным, помехи в БП и из него проходят, но достаточно сильно ослабляются.

Входной фильтр представляет собой фильтр нижних частот (ФНЧ).

Он пропускает низкие частоты (в том числе сетевое напряжение, частота которого равна 50 Гц) и ослабляет высокие.

Отфильтрованное напряжение поступает на высоковольтный выпрямитель (ВВ). Как правило, ВВ выполнен по мостовой схеме из четырех полупроводниковых диодов.

Диоды могут быть как отдельными, так и смонтированными в одном корпусе. Существует и другое название такого выпрямителя — «диодный мост».

Выпрямитель превращает переменное напряжение в пульсирующее, т. е. одной полярности.

Грубо говоря, диодный мост «заворачивает» отрицательную полуволну, превращая ее в положительную.

Пульсирующее напряжение представляет собой ряд полуволн положительной полярности. На выходе ВВ стоит емкостной фильтр — один или два последовательно включенных электролитических конденсатора.

Конденсатор — это буферный элемент, который может заряжаться, запасая энергию и разряжаться, отдавая ее.

Когда напряжение на выходе выпрямителя ниже некоей величины («провал»), конденсатор разряжается, поддерживая его на нагрузке. Если же оно выше, конденсатор заряжается, обрезая пики напряжения.

В курсе высшей математике доказывается, что пульсирующее напряжение представляет собой сумму постоянной составляющей и гармоник, частоты которых кратны основной частоте сети.

Таким образом, емкостный фильтр можно рассматривать здесь как фильтр нижних частот, выделяющий постоянную составляющую и ослабляющий гармоники. В том числе и основную гармонику сети — 50 Гц.

Источник дежурного напряжения

В компьютерном блоке питания имеется так называемый источник дежурного напряжения (+5 VSB).

Если вилка кабеля вставлена в питающую сеть, это напряжение присутствует на соответствующем контакте разъема блока питания. Мощность этого источника небольшая, он способен отдавать ток 1 — 2 А.

Именно этот маломощный источник и запускает гораздо более мощный инвертор. Если разъем блока питания вставлен в материнскую плату, то часть ее компонентов находится под напряжением + 5 VSB.

Сигнал на запуск инвертора подается с материнской платы. Причем для включения можно использовать маломощную кнопку.

В более старых моделях компьютеров устанавливались БП старого стандарта АТ. Они имели громоздкие выключатели с мощными контактами, что удорожало конструкцию. Использование нового стандарта АТХ позволяет «будить» компьютер одним движением или кликом «мышки». Или нажатием клавиши на клавиатуре. Это, конечно, удобно.

Но при этом надо помнить, что конденсаторы в источнике дежурного напряжения всегда находятся под напряжением. Электролит в них подсыхает, срок службы уменьшается.

Большинство пользователей традиционно включает компьютер кнопкой на корпусе, питая его через фильтр-удлинитель. Таким образом, можно рекомендовать после отключения компьютера исключать подачу напряжения на блок питания выключателем фильтра.

Выбор — удобство или надежность — за вами, уважаемый читатели.

Устройство источника дежурного напряжения

Источник дежурного напряжения (ИДН) содержит в себе маломощный инвертор.

Этот инвертор превращает высокое постоянное напряжение, полученное с высоковольтного фильтра, в переменное. Это напряжение понижается до необходимой величины маломощным трансформатором.

Инвертор работает на гораздо более высокой частоте, чем частота сети, поэтому размеры его трансформатора невелики. Напряжение со вторичной обмотки подается на выпрямитель и низковольтный фильтр (электролитические конденсаторы).

Напряжение ИДН должно находиться в пределах 4,75 — 5,25 В. Если оно будет меньше — основной мощный инвертор может не запуститься. Если оно будет больше, компьютер может «подвисать» и сбоить.

Для поддержания стабильного напряжения в ИДН часто используется регулируемый стабилитрон (иначе называемый источником опорного напряжения) и обратная связь. При этом часть выходного напряжения ИДН подается во входные высоковольтные цепи.

Заканчивая первую часть статьи, отметим, что для гальванической развязки входных и выходных цепей используется оптопара.

Оптопара содержит источник и приемник излучения. В блоках питания чаще всего используется оптопара, содержащая в себе светодиод и фототранзистор.

Инвертор в ИДН собран чаще всего на мощном высоковольтном полевом или биполярном транзисторе. Мощный транзистор отличается от маломощных тем, что рассеивает бОльшую мощность и имеет бОльшие габариты.

В этом месте сделаем паузу. Во второй части статьи мы рассмотрим основной инвертор и низковольтную часть компьютерного блока питания.

С вами был Виктор Геронда.

До встречи на блоге!

P.S. Фото кликабельны, кликайте, рассматривайте внимательно схемы и удивляйте знакомых своей эрудицией!

vsbot.ru

Блок питания ATX, устройство и принцип работы. Часть 1.

Так как блок питания есть неотъемлемой частью ПК, то знать подробнее про него будет интересно каждому человеку связанным с электроникой и не только. От качества БП напрямую зависит работа ПК в целом. И так, полагаю, что надо начать с самого простого, для каких целей предназначен блок питания: — формирование напряжения питания компонентов ПК: +3,3 +5 +12 Вольт (дополнительно -12В и -5В); — гальваническая развязка между 220 и ПК (чтобы не бился током, и не было утечек тока при сопряжении компонент).

Простой пример гальванической развязки это трансформатор. Но для питания ПК нужна большая мощность, а соответственно и трансформатор больших размеров (комп был бы очень большим :), и переносили его бы вдвоем из за немалого веса, но нас это миновало :)). Для построения компактных блоков используется повышенная частота тока питания трансформатора, с ростом частоты для того самого магнитного потока в трансформаторе нужно меньшее сечение магнитопровода и меньше витков. Создавать легкие и компактные БП позволяет завышенная в 1000 и больше раз частота питающего напряжения трансформатора. Основной принцип работы БП заключается в следующем, преобразование переменного сетевого напряжения (50 Гц) в пер. напряжение высокой частоты прямоугольной формы (был бы осциллограф показал бы на примере), которое с помощью трансформатора понижается, дальше выпрямляется и фильтруется.

Блок-хема импульсного БП.

1. Блок Преобразовывает переменные 220В в постоянные. Состав такого блока: диодный мост для выпрямления переменного напряжения + фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. А также должен быть (в дешевых БП на них экономят не впаивая, но я сразу рекомендую при переделке или ремонте их ставить) фильтр напряжения сети от пульсаций импульсного генератора, а также термисторы сглаживают скачок тока при включении.

На картинке фильтр, на схеме обозначен пунктиром, его мы встретим почти в любой схеме БП (но не всегда на плате :)). 2. Блок Этот блок генерирует импульсы определенной частоты, которыми питается первичная обмотка трансформатора. Частота генерирующих импульсов у различных фирм производителей БП находится, где то в 30-200кГц пределах. 3. Блок На трансформатор положены такие функции: — гальваническая развязка; — понижение напряжения на вторичных обмотках до необходимого уровня. 4. Блок Этот блок преобразует напряжение, полученное от блока 3, в постоянное. Он состоит из выпрямляющих напряжение диодов и фильтра пульсаций. Состав фильтра: дроссель и группа конденсаторов. Часто для экономии конденсаторы ставят малой емкости, а дроссели малой индуктивности.

Импульсный генератор подробнее.

Схема ВЧ преобразователя состоит с мощных транзисторов, которые работают в режиме ключа и импульсного трансформатора. БП может собой представлять однотактный и двухтактный преобразователь: — однотактный: открывается и закрывается один транзистор; — двухтактный: поочередно открываются и закрываются два транзистора. Смотрим рисунок.

Элементы схемы: R1 — сопротивление, задающее смещение на ключах. Необходимое для более стабильного запуска процесса колебаний в преобразователе. R2 – сопротивление, ограничивающее ток базы на транзисторах, необходимо для защиты транзисторов от выхода из строя. ТР1 — Трансформатор имеющий три группы обмоток. Первая формирует выходное напряжение. Вторая служит нагрузкой для транзисторов. Третья формирует управляющее напряжение для транзисторов. При включении первой схемы транзистор приоткрыт совсем немного, потому, что к базе приложено положительное напряжение через резистор R1. На приоткрытом транзисторе протекает ток, который протекает через II обмотку. Ток создает магнитное поле. Магнитное поле создает напряжение в остальных обмотках. На III обмотке создается положительное напряжение, которое открывает транзистор еще больше. Процесс до тех пор происходит, пока транзистор не попадет в режим насыщения. Режим насыщения характеризуется тем, что при увеличении приложенного управляющего тока к транзистору, неизменным остается выходной ток. Только при изменении магнитного поля генерируется напряжение на обмотках, при отсутствии изменений на транзисторе так же исчезнет и ЭДС в обмотках II и III. Когда напряжение на обмотке III пропадет, тогда и уменьшится открытие транзистора, а следовательно уменьшиться выходной ток транзистора и магнитное поле, что приведет к появлению напряжения противоположной полярности. Отрицательное напряжение на III обмотке еще больше закроет транзистор. Процесс длится пока магнитное поле не исчезнет полностью. Когда поле исчезнет, исчезнет отрицательное напряжение и процесс пойдет по кругу снова. Двухтактный преобразователь работает так же, но так как в нем два транзистора, работающих поочередно, то такое применение повышает КПД преобразователя и улучшает его характеристики. В основном применяют двухтактные, но если надо малая мощность и габариты, а также простота, то однотактные. Рассмотренные выше преобразователи есть законченными устройствами, но их применение усложняется разбросом различных параметров таких как: загруженности выхода, напряжения питания, и температуры преобразователя.

Управление ключами ШИМ контролером (494).

Преобразователь состоит из трансформатора Т1 и транзистора VT1. Сетевое напряжение через сетевой фильтр (СФ) подается на сетевой выпрямитель (СВ) диодный мост, фильтруется конденсатором Сф и через обмотку W1 подается на коллектор транзистора VT1. При подаче на базу транзистора импульса прямоугольной формы, он открывается и через него течет ток Iк который нарастает. Этот же ток протекающий и через первичную обмотку трансформатора Т1, приводит к тому, что увеличивается магнитный поток в сердечнике трансформатора, и наводится ЭДС самоиндукции во вторичной обмотке W2. В итоге на диоде VD появиться положительное напряжение. Увеличивая длительность импульса на базе транзистора VT1, будет увеличиваться напряжение во вторичной цепи, а если уменьшать длительность, то напряжение будет уменьшаться. Изменяя длительность импульса на базе транзистора, мы меняем выходное напряжения на W1 обмотке Т1, и осуществляем стабилизацию выходных напряжений блока питания. Нужна схема формирования импульсов запуска и управления их длительностью (широтой). Такой схемой используется ШИМ (широтно – импульсная модуляция) контроллер. ШИМ контроллер состоит из: — задающего импульсного генератора (определяющего частоту работы преобразователя); — схемы контроля; — логической схемы, которая и управляет длительностью импульса; — схемы защиты. Это тема другой статьи. Чтобы стабилизировать выходные напряжения БП, схема ШИМ контроллера «должна знать» величину выходных напряжений. Для этого используется цепь обратной связи (или цепь слежения), выполненная на оптопаре U1 и резисторе R2. Увеличение напряжения во вторичной цепи трансформатора Т1 приведет к увеличению интенсивности излучения светодиода, а следовательно уменьшению сопротивления перехода фототранзистора (входящих в состав оптопары U1). Это приводит на резисторе R2 включенном последовательно фототранзистору к увеличению падения напряжения, и уменьшению напряжения на выводе 1 ШИМки. Уменьшение напряжения заставляет логическую схему, составляющую ШИМ, увеличивать длительность импульса, пока напряжение на 1-м выводе не будет соответствовать заданным параметрам. Процесс обратный, когда напряжение уменьшается. Есть две реализации цепей обратной связи: — «непосредственная» на схеме выше, обратная связь снимается непосредственно с вторичного выпрямителя; — «косвенная» снимается непосредственно с дополнительной обмотки W3 (смотрите рисунок ниже); Изменение напряжения на вторичной обмотке приведет к изменению его на обмотке W3, которое через R2 передается на 1 вывод ШИМки.

Ниже приведена реальная схема БП.

1. Блок Выпрямляет и фильтрует переменное напряжение, а также здесь находится фильтр от помех которые создает сам БП. 2. Блок Этот блок формирует +5VSB (дежурное напряжение), а также питает контролер ШИМ. 3. Блок На третий блок (ШИМ — контролер 494) положены такие функции: — управление транзисторными ключами; — стабилизация выходных напряжений; — защита от короткого замыкания. 4. Блок В состав этого блока входят два трансформатора, и две группы транзисторных ключей. Первый трансформатор формирует напряжение управления для выходных транзисторов. 1 группа транзисторов усиливает генерируемый сигнал TL494 и передает его первому трансформатору. 2 группа транзисторов нагружена на основной трансформатор, на котором формируются основные напряжения питания. 5. Блок В состав этого блока входят диоды Шоттки для выпрямления выходного напряжения трансформатора, а также фильтр низких частот. В состав ФНЧ входят электролитические конденсаторы больших емкостей (зависит от производителя БП) и дросселей, а также резисторов для разрядки этих конденсаторов при выключенном БП.

Немного о дежурке.

Различиями между блоками стандарта АТХ от БП стандарта АТ в том, что БП АТХ стандарта имеют источник дежурного напряжения питания. На 9 контакте (20 контактного, фиолетовый провод) разъема вырабатывается напряжение +5VSB которое идет на мат плату для питания схемы управления БП. Эта схема осуществляет формирования сигнала «PS-ON» (14 контакт разъема, зеленый провод).

В данной схеме преобразователь работает на частоте, определяемой в основном параметрами трансформатора Т3 и номиналами элементов в базовой цепи ключевого транзистора Q5 — емкостью конденсатора С28 и сопротивлением резистора начального смещения R48 [1]. Положительная обратная связь на базу транзистора Q5 поступает с вспомогательной обмотки трансформатора Т2 через элементы С28 и R51. Отрицательное напряжение с этой же обмотки после выпрямителя на элементах D29 и С27, в случае если оно превышает напряжение стабилизации стабилитрона ZD1 (в данном случае 16 В) также подается на базу Q5, запрещая работу преобразователя. Таким способом выполняется контроль за уровнем выходного напряжения. Напряжение питания с сетевого выпрямителя на преобразователь поступает через токоограничительный резистор R45, который при его выходе из строя можно заменить предохранителем на ток 500 мА, либо исключить совсем. В схеме на рис.1 резистор R56 номиналом 0.5 Ом, включенный в эмиттер транзистора Q5 является датчиком тока, при превышении тока транзистора Q5 выше допустимого напряжение с него через резистор R54 поступает на базу транзистора Q9 типа 2SC945 открывая его, и тем самым запрещая работу Q5. Подобным образом осуществляется дополнительная защита Q5 и первичной обмотки Т3. Цепочка R47C29 служит для защиты транзистора Q5 от выбросов напряжения. В качестве ключевого транзистора Q5 в указанной модели БП применяются транзисторы KSC5027.

В предыдущей моей статье БП был на аналогичных элементах (дежурка).

А теперь рассмотрим БП вживую.

1. Элементы фильтра сети от помех генерируемых БП. 2. Диодный мост, выпрямляющий переменные 220В. 3. Емкости фильтра сетевого напряжения. 4. Радиатор для выходных транзисторов преобразователя, а также транзистора преобразователя дежурки. 5. Основной трансформатор: развязка с сетью и формирование всех напряжений. 6. Трансформатор для формирования управляющего напряжения выходных транзисторов. 7. Трансформатор преобразователя, формирующий дежурное напряжение. 8. Радиатор для диодов Шоттки. 9. Микросхема ШИМ – контролера. 10. Фильтры выходных напряжений (электролитические конденсаторы). 11. Дроссели фильтра выходных напряжений.

На этом пока остановлюсь. Всем спасибо за столь долгое внимание. Надеюсь хоть кому то принес пользу :) Жду комментариев и предложений по дополнению.

Продолжение будет...

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.

electronics-lab.ru

Поговорим про ремонт блока питания компьютера своими руками

В современном мире развитие и устаревание комплектующих персональных компьютеров происходит очень быстро. Вместе с тем один из основных компонентов ПК – блок питания форм-фактора ATX – практически не изменял свою конструкцию последние 15 лет.

Следовательно, блок питания и суперсовременного игрового компьютера, и старого офисного ПК работают по одному и тому же принципу, имеют общие методики диагностики неисправностей.

Материал, изложенный в этой статье, может применяться к любому блоку питания персональных компьютеров с минимумом нюансов.

Устройство блока питания

Типовая схема блока питания ATX приведена на рисунке. Конструктивно он представляет собой классический импульсный блок на ШИМ-контроллере TL494, запускающемся по сигналу PS-ON (Power Switch On) с материнской платы. Все остальное время, пока вывод PS-ON не подтянут к массе, активен только источник дежурного питания (Standby Supply) с напряжением +5 В на выходе.

Рассмотрим структуру блока питания ATX подробнее. Первым ее элементом является сетевой выпрямитель:

Его задача – это преобразование переменного тока из электросети в постоянный для питания ШИМ-контроллера и дежурного источника питания. Структурно он состоит из следующих элементов:

Предохранитель F1 защищает проводку и сам блок питания от перегрузки при отказе БП, приводящем к резкому увеличению потребляемого тока и как следствие – к критическому возрастанию температуры, способному привести к пожару.
В цепи «нейтрали» установлен защитный терморезистор, уменьшающий скачок тока при включении БП в сеть.
Далее установлен фильтр помех, состоящий из нескольких дросселей (L1, L2), конденсаторов (С1, С2, С3, С4) и дросселя со встречной намоткой Tr1. Необходимость в наличии такого фильтра обусловлена значительным уровнем помех, которые передает в сеть питания импульсный блок – эти помехи не только улавливаются теле- и радиоприемниками, но и в ряде случаев способны приводить к неправильной работе чувствительной аппаратуры.
За фильтром установлен диодный мост, осуществляющий преобразование переменного тока в пульсирующий постоянный. Пульсации сглаживаются емкостно-индуктивным фильтром.

Далее постоянное напряжение, присутствующее все время, пока блок питания ATX подключен к розетке, поступает на схемы управлением ШИМ-контроллера и источник дежурного питания.

Источник дежурного питания – это маломощный самостоятельный импульсный преобразователь на основе транзистора T11, который генерирует импульсы, через разделительный трансформатор и однополупериодный выпрямитель на диоде D24 запитывающие маломощный интегральный стабилизатор напряжения на микросхеме 7805. Эта схема хотя и является, что называется, проверенной временем, но ее существенным недостатком является высокое падение напряжения на стабилизаторе 7805, при большой нагрузке приводящее к ее перегреву. По этой причине повреждение в цепях, запитанных от дежурного источника, способно привести к выходу его из строя и последующей невозможности включения компьютера.

Основой импульсного преобразователя является ШИМ-контроллер. Эта аббревиатура уже несколько раз упоминалась, но не расшифровывалась. ШИМ – это широтно-импульсная модуляция, то есть изменение длительности импульсов напряжения при их постоянной амплитуде и частоте. Задача блока ШИМ, основанного на специализированной микросхеме TL494 или ее функциональных аналогах – преобразование постоянного напряжения в импульсы соответствующей частоты, которые после разделительного трансформатора сглаживаются выходными фильтрами. Стабилизация напряжений на выходе импульсного преобразователя осуществляется подстройкой длительности импульсов, генерируемых ШИМ-контроллером.

Важным достоинством такой схемы преобразования напряжения также является возможность работы с частотами, значительно большими, чем 50 Гц электросети. Чем выше частота тока, тем меньшие габариты сердечника трансформатора и число витков обмоток требуются. Именно поэтому импульсные блоки питания значительно компактнее и легче классических схем с входным понижающим трансформатором.

За включение блока питания ATX отвечает цепь на основе транзистора T9 и следующих за ним каскадов. В момент включения блока питания в сеть на базу транзистора через токоограничительный резистор R58 подается напряжение 5В с выхода источника дежурного питания, в момент замыкания провода PS-ON на массу схема запускает ШИМ-контроллер TL494. При этом отказ источника дежурного питания приведет к неопределенности работы схемы запуска БП и вероятному отказу включения, о чем уже упоминалось.

Основную нагрузку несут на себе выходные каскады преобразователя. В первую очередь это касается коммутирующих транзисторов T2 и T4, которые устанавливаются на алюминиевых радиаторах. Но при высокой нагрузке их нагрев даже с пассивным охлаждением может оказаться критическим, поэтому блоки питания дополнительно оснащаются вытяжным вентилятором. При его отказе или сильной запыленности вероятность перегрева выходного каскада значительно возрастает.

Современные блоки питания все чаще используют вместо биполярных транзисторов мощные MOSFET-ключи, за счет значительно меньшего сопротивления в открытом состоянии обеспечивающие больший КПД преобразователя и поэтому менее требовательные к охлаждению.

Видео про устройство БП компьютера, его диагностику и ремонт

Распиновка основного коннектора БП

Изначально компьютерные блоки питания стандарта ATX использовали для соединения с материнской платой 20-контактный разъем (ATX 20-pin). Сейчас его можно встретить только на устаревшей технике. В дальнейшем рост мощностей персональных компьютеров, а следовательно – и их энергопотребления, привел к использованию дополнительных 4-контактных разъемов (4-pin). Впоследствии разъемы 20-pin и 4-pin были конструктивно объединены в один 24-контактный разъем, причем у многих блоков питания часть коннектора с дополнительными контактами могла отделяться для совместимости со старыми материнскими платами.

Назначение контактов разъемов стандартизировано в форм-факторе ATX следующим образом согласно рисунку (термином «управляемое» отмечены те выводы, на которых напряжение появляется только при включении ПК и стабилизируется ШИМ-контроллером):

Наименование контакта	Назначение
+3.3V	Положительное напряжение 3,3 В, управляемое. Питание материнской платы и процессора.
+5V	Положительное управляемое напряжение 5В. Питание части узлов материнской платы, жестких дисков, внешних устройств USB.
+12V	Управляемое напряжение 12В для жестких дисков, вентиляторов систем охлаждения.
-5V	Управляемое напряжение -5В. Стандартом ATX, начиная с версии 1.3, более не используется.
-12V	Управляемое напряжение -12В. Практически не используется.
Ground	Масса.
PG	Имеет высокий уровень при условии превышения напряжениями 5В и 3,3В нижнего порога (сигнализирует о выходе БП в рабочий режим).
+5VSB	Постоянное напряжение 5В (дежурный источник).
PS-ON	Включение блока питания при замыкании вывода на массу.

Распределение нагрузки на блок питания

Так как каждое выходное напряжение БП используется разной нагрузкой, в зависимости от конфигурации компьютера потребление тока в каждой ветви БП может изменяться.

Поэтому для каждого блока, кроме суммарной максимальной мощности, указывается и максимальное потребление тока для каждого выходного напряжения.

Используя в качестве примера приведенную выше фотографию, продемонстрируем принцип расчета применимости БП:

Цепь 3,3В имеет максимально допустимый ток нагрузки 27А (89 Вт);
Цепь 5В может отдавать ток до 26А (130 Вт);
Цепь 12В рассчитана на ток до 18А (216 Вт).

Но, так как все эти цепи запитаны от обмоток общего трансформатора, их суммарное потребление ограничивается: если в теории максимальная нагрузка по напряжениям 3,3В и 5В может доходить до 219 Вт, она ограничена значением в 195 Вт. При максимальной теоретической токоотдаче всех трех цепей в 411 Вт реальная нагрузка ограничена цифрой в 280 Вт.

Таким образом, при добавлении нового «железа» в свой ПК нужно учитывать не только общее энергопотребление, но и баланс электрических цепей. Особенно часто замена блоков питания на более мощные требуется при установке высокопроизводительных видеокарт, значительно нагружающих цепь 12В, в то время как большую часть мощности ПК отбирают по низковольтным цепям – запас по высокому напряжению остается недостаточным.

Возможные неисправности БП

Использование в течение многих лет отработанной схемы импульсного преобразователя позволило сделать ее крайне надежной.

Поэтому большинство неисправностей БП персональных компьютеров связаны либо со старением его компонентов, либо со значительными отклонениями питания или нагрузки от номинальных параметров. Отдельно стоит упомянуть перегрев выходных каскадов из-за накопления пыли внутри БП при недостаточной частоте обслуживания компьютера.

Сильнее всего старение сказывается на состоянии электролитических конденсаторов выпрямителя и выходных каскадов. Со временем они деградируют, теряя емкость, что приводит к заметному росту пульсаций напряжения на выходе блока, что может приводить к сбоям в работе ПК. Также, особенно в дешевых блоках, старение электролитических конденсаторов сопровождается их заметным вздутием, иногда приводящему к их разрушению с характерным хлопком.

Значительный рост напряжения питания или избыточная нагрузка способны привести к перегреву и короткому замыканию внутри диодного моста входного выпрямителя. В этом случае переменный ток из сети поступает в цепи, не рассчитанные на работу с ним: разрушаются электролитические конденсаторы, рассчитанные на однополярное питание, повреждаются ШИМ-контроллер и его транзисторная обвязка. Зачастую повреждение БП при этом делает его ремонт менее рентабельным по сравнению с полной заменой.

Отказ выходных транзисторов импульсного преобразователя чаще всего является следствием их длительного перегрева, вызванного перегрузкой или недостаточным охлаждением.

Проверка блока питания

Хотя импульсный БП и не относится к числу радиоэлектронных схем начального уровня, его диагностика и ремонт своими руками доступны многим людям, имеющим базовые знания и навыки в области радиоэлектроники. Рассмотрим типовую процедуру проверки снятого с компьютера БП:

Подключите к выводам +3,3В, +5В и +12В мощные нагрузочные резисторы, рассчитанные на ток около 1А и соответствующую мощность. Это нужно для избежания неправильной работы некоторых блоков без нагрузки.
Подайте на блок сетевое питание.
Проверьте наличие напряжения на линии +5VSB. Оно должно возникать непосредственно после включения блока в сеть.
Замкните вывод PS-ON на корпус БП. При этом на силовых выходах БП и выводе PG должны установиться соответствующие напряжения.

Возможные варианты неисправностей:

При включении питания отсутствует дежурное напряжение. Если при этом БП запускается и генерирует управляемые напряжения, проверьте работоспособность импульсного преобразователя дежурного напряжения (наличие импульсов на первичной обмотке его трансформатора), исправность выпрямителя (наличие постоянного напряжения не менее 9В на входе микросхемы 7805) и работоспособность стабилизатора (на выходе микросхемы 7805 должно быть +5В).
Если присутствует дежурное напряжение, но БП не запускается, попробуйте принудительно запустить ШИМ-контроллер следующим образом:
При отсутствии генерации импульсов на обозначенных ножках микросхемы потребуется ее замена. В противном случае следует обратить внимание на выходной каскад преобразователя, особенно – коммутирующие транзисторы.
Если нет дежурного напряжения и БП не запускается, последовательно проверьте входной выпрямитель: целостность предохранителя и терморезистора, отсутствие обрывов в обмотках дросселей. Однако наиболее часто встречающаяся неисправность – это выгорание диодного моста в результате короткого замыкания в конденсаторе фильтра. Это будет сразу заметно и по характерному запаху, и по сгоревшим диодам.
Если же отсутствует напряжение только на одном из управляемых силовых выходов, стоит в первую очередь обратить внимание на выпрямительный диод и фильтрующий конденсатор этой цепи.

Ремонт блока питания

При достаточно уверенном владении паяльником отремонтировать БП своими руками не так сложно, тем более что большинство операций сводятся к замене простых деталей с двумя-тремя выводами, не требующими особых навыков или оборудования для демонтажа.

Так как вопрос «как отремонтировать компьютерный БП» вряд ли возникнет у профессионально владеющего соответствующим инструментом (паяльной станцией, оловоотсосом и т.д.) человека, в дальнейшем мы будем исходить из минимального набора самых распространенных приспособлений. Следовательно, нам понадобится паяльник мощностью в пределах 65 Вт с плоской заточкой жала, припой, бескислотный флюс (канифоль), пинцет и плоская отвертка. Удалить лишний припой можно с помощью зачищенного многожильного медного провода, внесенного под флюсом в каплю расплавленного олова.

При замене крупногабаритных элементов наподобие конденсаторов нужно последовательно разогреть точки пайки их ножек, по возможности убрать лишний припой и далее, либо поочередно прогревая ножки и наклоняя корпус конденсатора из стороны в сторону извлечь его, либо, если размеры жала паяльника это позволяют, одновременно нагреть обе точки пайки и быстро выдернуть конденсатор из отверстий в плате. При этом, как и при работе с другими элементами, важно минимизировать время воздействия паяльника на плату и деталь.

Транзисторы и мощные диоды при их замене устанавливаются в отверстия на плате таким образом, чтобы из крепежное отверстие совпало с резьбой в теле радиатора. Перед прикреплением к радиатору поверхность детали смазывается термопроводной пастой (КПТ -8 или ее аналоги).

Заменяя электролитический конденсатор или диод, необходимо помнить, что это элемены полярные, и их установка должна строго соответствовать рисунку на плате (у конденсаторов, кроме танталовых, полоска обозначает отрицательный полюс).

Еще один материал про ремонт БП компьютера

После ремонта блока питания не стоит спешить устанавливать его в компьютер – лучше всего повторить проверку, описанную ранее.

Заключение

Хотя современные блоки питания ATX и очень надежны, знание общего принципа их работы и проверки может зачастую пригодиться не только для правильного выбора БП к своему компьютеру, но и для экономии денег при его отказе – ремонт своими руками обычно значительно дешевле покупки нового блока.

3 Комментария

generatorexperts.ru

Ремонт блока питания компьютера: инструкция по исправлению неисправностей своими руками

Несмотря на кажущуюся мощь, персональный компьютер — хрупкая вещь. Чтобы вывести из строя какую-нибудь деталь, достаточно просто неаккуратного обращения с ней. Например, не чистить системный блок и его компоненты. В результате на деталях образуется много пыли, которая негативно влияет на работы устройства в целом.

Один из важнейших компонентов ПК — блок питания. Именно он распределяет электричество по системному блоку и контролирует уровень напряжения. Поэтому поломку этого устройства можно отнести к одной из самых неприятных. Тем не менее заняться ремонтом и исправить проблему своими руками под силу каждому.

Признаки неработающего блока питания

Самая критичная ситуация — это когда компьютер не реагирует на кнопку включения. Это значит, что были пропущены важные моменты, которые могли указать на скорую поломку. Например, неестественный звук во время работы, долгое включение компьютера, самостоятельное отключение и т. д. А может подобные неисправности и были замечены, но было решено к ремонту не прибегать.

Кроме самых критичных моментов, существует несколько признаков, которые помогут выявить проблемы в работе компьютерного блока питания:

Возникновение различных ошибок при включении ПК.
Внезапные перезагрузки компьютера.
Повышение громкости работы кулеров (небольших вентиляторов).
Различные ошибки при включённом ПК.
Прекращение работы жёсткого диска или некоторых кулеров.
Громкое пищание из системного блока (говорит о перегреве).
Удары электрическим током при прикосновении к корпусу.

Подобные признаки указывают на необходимость скорого ремонта, который можно провести своими руками. Тем не менее существуют и более серьёзные проблемы, явно указывающие на серьёзную неисправность. Например:

«Экран смерти» (синий экран при включении или работе устройства).
Появление дыма.
Нет реакции на включение.

Большинство людей при возникновении подобных проблем обращаются к мастеру за ремонтом. Как правило, компьютерный специалист советует приобрести новый блок питания, а затем установить его вместо старого. Тем не менее с помощью ремонта, можно своими руками «реанимировать» неработающее устройство.

Главные причины неисправностей

Чтобы полностью решить проблему, необходимо понять, из-за чего она могла появиться. Чаще всего блок питания компьютера выходит из строя по трём причинам:

Перепады напряжения.
Низкое качество самого изделия.
Неэффективная работа вентиляционной системы, приводящая к перегреву.

В большинстве случаев подобные неисправности приводят к тому, что блок питания не включается или перестаёт работать после непродолжительной работы. Кроме того, вышеописанные проблемы могут негативно сказаться на материнской плате. Если это случилось, то ремонтом своими руками здесь не обойтись — необходимо будет менять деталь на новую.

Реже неисправности в БП компьютера возникают из-за следующих причин:

Некачественное ПО (плохая оптимизация ОС плохо сказывается на работе всех компонентов).
Отсутствие чистки компонентов (большой объём пыли заставляет кулеры работать быстрее).
Много лишних файлов и «мусора» в самой системе.

Как было сказано выше, блок питания — довольно хрупкая вещь. Тем не менее она очень важна для компьютера в целом, поэтому не стоит этот компонент обделять вниманием. Иначе ремонт неизбежен.

Устройство компьютерного блока питания

Блок питания в компьютере отвечает за распределение и преобразование электрического тока. Дело в том, что каждый элемент в ПК нужен свой уровень напряжения. Кроме того, в электросетях применяется ток переменного характера, а компоненты компьютера работают от постоянного. Поэтому устройство блока питания довольно специфично и для ремонта своими руками его нужно знать.

В каждом БП есть 9 важных компонентов:

Основная плата (большой и плоский компонент) — сюда крепятся многие детали (по аналогии с материнской платой).
Входной фильтр (устройство, закреплённое на крупных проводах) или силовые конденсаторы (изделия в форме цилиндра) — нужны для «сглаживания» напряжения.
Инвектор напряжения (катушка из крупной медной проволоки, установленная у одной из стенок) или диодный мост (пластиковое устройство, по форме напоминает сим-карту, имеющую 4 металлических диода) — отвечает за преобразование мощности.
Схема контроля напряжения (системная плата, установленная вертикально рядом с инвектором) — контролирует уровень тока.
Трансформатор (маленькое пластиковое устройство с цифрами и буквами) — создаёт необходимое напряжение в блоке питания.
Импульсный трансформатор (похож на предыдущий компонент, но большего размера) — получает от инвектора высокое напряжение, чтобы поменять его в низковольтное.
Радиатор (обычно это решётка серого цвета) — необходим для охлаждения.
Плата с разъёмами для проводов (присутствует не во всех моделях блоков питания) используется для отключения неиспользованных проводов.
Силовой дроссер (обычно это медная катушка с разноцветными проводами) — занимается групповой стабилизацией напряжения.
Контроллер оборотов кулера (небольшое пластмассовое устройство, иногда устанавливается не на основную, а на дочернюю плату) — отвечает за регулировку работы вентилятора в блоке питания.

Не имея хотя бы приблизительного представления об устройстве блока питания, невозможно в полной мере провести самостоятельный ремонт.

Меры предосторожности

Перед тем как приступить к решению проблемы в компьютере своими руками, необходимо подумать о собственной безопасности. Ремонт подобного устройства — опасное занятие. Поэтому в первую очередь нужно работать вдумчиво и без спешки.

Для большей безопасности следует помнить о нескольких важных правилах:

Работать только с выключенным блоком питания. Несмотря на банальность совета, это очень важный момент. Никто не застрахован от «синдрома дурака», поэтому лучше проверить лишний раз, что всё выключено, а лишь затем приниматься за ремонт.
Чтобы сохранить компоненты, а также избежать «фейерверка», рекомендуется вместо предохранителя установить лампочку на 100 ватт. Если при включении блока питания лампочка остаётся гореть, то сеть где-то замкнуло. Если же она загорается и сразу гаснет, то всё в порядке.
Особенно долго под напряжением находятся силовые конденсаторы. Поэтому даже после отключения БП от сети, не следует сразу приниматься за работу.
Проверять работу устройства лучше вдали от воспламеняющихся веществ, т. к. существует риск короткого замыкания и «фейерверка» искр.

Необходимые инструменты

Чтобы ремонт блока питания был простым, но эффективным, каждому домашнему мастеру потребуется определённый инструментарий для работы. Все эти изделия можно без труда найти у себя дома, попросить у соседей/друзей или приобрести в магазине. Благо, стоят они недорого.

Итак, для ремонта потребуются следующие инструменты:

Паяльная станция со встроенной регулировкой мощности или несколько паяльников, каждый из которых рассчитан на определённую мощность.
Припой и флюс для припайки компонентов.
Для удаления припоя — оплётка или отсос.
Несколько отвёрток с разными наконечниками.
Мультиметр.
Бокорезы (устройства для разрезания пластиковых «хомутов», которыми скрепляются провода).
Лампочка на 100 Вт.
Пинцет (для снятия маленьких компонентов).
Спирт или очищенный бензин.
Возможно, потребуется осциллограф (если причина неисправности не установлена).

Осмотр и диагностика

Вначале необходимо разобрать блок питания. Для этого понадобится только отвёртка и аккуратность. При выкручивании болтов не нужно трясти БП, чтобы поскорее установить проблему. Неаккуратное обращение с ним может привести к тому, что ремонт своими руками будет попросту бесполезен.

Для правильной постановки «диагноза» необходимо провести первичную диагностику, а также визуальный осмотр устройства. Поэтому в первую очередь необходимо обратить внимание на вентилятор блока питания. Если кулер не может свободно крутиться и застревает в определённом месте, то проблема явно заключается в этом.

Помимо вентилятора изделия, также следует осмотреть устройство в целом. После длительного срока службы в нём скапливается много пыли, которая оказывает негативный эффект и затрудняет нормальную работу БП. Поэтому следует в обязательном порядке почистить изделие от скопления пыли.

Также некоторые изделия выходят из строя из-за перепадов напряжения. Поэтому необходимо провести визуальный осмотр на предмет сгоревших деталей. Этот признак легко выявить по вздутию конденсаторов, потемнению текстолита, обугленности изоляции или оборванности проводов.

Инструкция по ремонту

Наконец, стоит перейти к самому главному моменту — ремонту БП своими руками. Для удобства весь процесс будет представлен в виде списка. Поэтому рекомендуется не «прыгать» с одного пункта на другой, а действовать в определённом порядке:

Осмотр предохранителя. При обнаружении следов плавления, не нужно сразу заменять изделие. Обычно это является следствием проблем с другими компонентами. Поэтому рекомендуется проверить силовые транзисторы и диодный мост.
Если повреждений на других компонентах не обнаружено, а сам предохранитель вздулся — следует выпаять его из платы. Затем прогреть металлические заглушки и убрать их со стеклянной трубки. Наконец, необходимо вставить проволоку нужного диаметра, запаять отверстия и установить предохранитель на место.
Осмотреть термистор. Практически всегда этот элемент перестаёт работать из-за скачков напряжения. Поэтому если это устройство почернело и раскалывается при прикосновении, нужно заменить термистор, а затем предохранитель.
Проверить состояние элементов первичной цепи (тех, которые установлены рядом с термистором и предохранителем).
Осмотреть конденсаторы. Если внешних признаков повреждения не обнаружено, можно выпаять эти элементы и проверить мультиметром.
Достать кулер, смазать машинным маслом его подшипники и затем установить вентилятор на место.
Мультиметром измерить сопротивление каждого диода в мосту. Если сопротивление различается — требуется замена неисправного элемента. Неработающие компоненты заменяются на диоды Шоттки.
Осмотреть печатную плату. При тщательном осмотре можно выявить небольшие кольцевые трещины, которые нарушают соединение контактов. Если подобная неисправность была обнаружена, необходимо использовать пайку для закрытия трещин.
Осмотреть контакты резисторов, предохранителя, трансформатора, а также индуктора. Если были замечены проблемы в соединении с платой или кольцевые трещины, то нужно исправлять повреждения пайкой.

Проблем не замечено, но БП не работает

Случается так, что внешне всё в порядке: комплектующие не расплавлены, трещин и нарушений контактов нет. В чём тогда проблема? Лучше всего ещё раз внимательно осмотреть все детали. Вполне возможно, что по невнимательности была пропущена какая-либо неисправность. Если при вторичном осмотре проблем не выявлено, то в 90% случаев неисправность кроется в дежурном питании или в контроллере ШИМ, использующего широкую импульсную модуляцию.

Чтобы исправить проблему с дежурным напряжением, необходимо знать основы работы блока питания. Этот компонент ПК работает практически всегда. Даже когда сам компьютер выключен (в не отключен от сети), блок работает в дежурном режиме. Это значит, что БП отправляет на материнскую плату «дежурные сигналы» в 5 вольт, чтобы та при включении ПК могла запустить сам блок и другие компоненты.

При запуске системы материнская плата проверяет напряжение для всех элементов. Если всё в порядке, формируется ответный сигнал «Power good» и система запускается. Если же наблюдается недостаток или избыток напряжения, запуск системы отменяется.

Это значит, что в первую очередь на плате нужно проверить наличие 5 В на контактах PS_ON и +5VSB. При проверке обычно выявляется отсутствие напряжения или его отклонение от номинала. Если проблема наблюдается в PS_ON, причина в контроллере ШИМ. Если же неисправность с контактом +5VSB, то проблема кроется в устройстве преобразования электрического тока.

Также нелишним будет проверить сам ШИМ. Правда, для этого понадобится осциллограф. Для проверки нужно выпаять ШИМ и с помощью осциллографа провести прозвоном проверку контактов (OPP, VCC, V12, V5, V3.3). Для лучшего прозвона, проверку надо проводить относительно земли. Если сопротивление между землёй и каким-либо из контактов (порядка нескольких десятков Ом), то ШИМ необходимо заменить.

И в заключение

Самостоятельный ремонт блока питания — довольно сложный процесс, для которого потребуется необходимый инструментарий, начальные знания о работе БП, а также аккуратность и внимание к деталям. Тем не менее каждый человек при должном подходе может отремонтировать блок, несмотря на его сложное устройство. Поэтому следует помнить, что всё в ваших руках.

Автор: Фёдор Степанович Барыкин

elektro.guru

Ремонт компьютеров и ноутбуков в Харькове

Подробности Опубликовано 30 Июль 2013 Автор: Роман

Неотъемлемой частью каждого компьютера является блок питания (БП). Он важен так же, как и остальные части компьютера. При этом покупка блока питания осуществляется достаточно редко, т. к. хороший БП может обеспечить питанием несколько поколений систем. Учитывая все это к приобретению блока питания необходимо отнестись очень серьезно, так как судьба компьютера в прямой зависимости от работы блока питания.

Основное назначение блока питания — формирование напряжения питания, которое необходимо для функционирования всех блоков ПК. Основные напряжения питания компонентов это:

Существуют также дополнительное напряжение:

Еще блок питания осуществляет гальваническую развязку между сетью 220В и компонентами компьютера. Это необходимо для устранения токов утечек, например чтобы корпус ПК не бился током, а также препятствует возникновению паразитных токов при сопряжении устройств.

Для осуществления гальванической развязки достаточно изготовить трансформатор с необходимыми обмотками. Но для питания компьютера нужна немалая мощность, особенно для современных ПК. Для питания компьютера пришлось бы изготовлять трансформатор, который имел бы не только большой размер, но и очень много весил. Однако с ростом частоты питающего тока трансформатора для создания того же магнитного потока необходимо меньше витков и меньше сечение магнитопровода. В блоках питания, построенных на основе преобразователя, частота питающего напряжения трансформатора в 1000 и более раз выше. Это позволяет создавать компактные и легкие блоки питания.

Простейший импульсный БП

Рассмотрим блок-схему простого импульсного блока питания, который лежит в основе всех импульсных блоков питания.

Блок схема импульсного блока питания.

Первый блок осуществляет преобразование переменного напряжения сети в постоянное. Такой преобразователь состоит из диодного моста, выпрямляющего переменное напряжение, и конденсатора, сглаживающего пульсации выпрямленного напряжения. В этом боке также находятся дополнительные элементы: фильтры сетевого напряжения от пульсаций генератора импульсов и термисторы для сглаживания скачка тока в момент включения. Однако эти элементы могут отсутствовать с целью экономии на себестоимости.

Следующий блок – генератор импульсов, который генерирует с определенной частотой импульсы, питающие первичную обмотку трансформатора. Частота генерирующих импульсов разных блоков питания различна и лежит в пределах 30 – 200 кГц. Трансформатор осуществляет главные функции блока питания: гальваническую развязку с сетью и понижение напряжения до необходимых значений.

Переменное напряжение, получаемое от трансформатора, следующий блок преобразует в постоянное напряжение. Блок состоит из диодов выпрямляющих напряжение и фильтра пульсаций. В этом блоке фильтр пульсаций намного сложнее, чем в первом блоке и состоит из группы конденсаторов и дросселя. С целью экономии производители могут устанавливать конденсаторы малой емкости, а также дроссели с малой индуктивностью.

Первый импульсный блок питания представлял собой двухтактный или однотактный преобразователь. Двухтактный означает, что процесс генерации состоит из двух частей. В таком преобразователе по очереди открываются и закрываются два транзистора. Соответственно в однотактном преобразователе один транзистор открывается и закрывается. Схемы двухтактного и однотактного преобразователей представлены ниже.

Принципиальная схема преобразователя.

Рассмотрим элементы схемы подробнее:

Х2 - разъем источник питания схемы.
Х1 - разъем с которого снимается выходное напряжение.
R1 - сопротивление, задающее начальное небольшое смещение на ключах. Оно необходимо для более стабильного запуска процесса колебаний в преобразователе.
R2 - сопротивление, которое ограничивает ток базы на транзисторах, это необходимо для защиты транзисторов от сгорания.
ТР1 - Трансформатор имеет три группы обмоток. Первая выходная обмотка формирует выходное напряжение. Вторая обмотка служит нагрузкой для транзисторов. Третья формирует управляющее напряжение для транзисторов.

В начальный момент включения первой схемы транзистор немного приоткрыт, т. к. к базе через резистор R1 приложено положительное напряжение. Через приоткрытый транзистор протекает ток, который также протекает и через II обмотку трансформатора. Ток, протекающий через обмотку, создает магнитное поле. Магнитное поле создает напряжение в остальных обмотках трансформатора. В следствии на обмотке III создается положительное напряжение, которое еще больше открывает транзистор. Процесс происходит до тех пор, пока транзистор не попадет в режим насыщения. Режим насыщения характеризуется тем, что при увеличении приложенного управляющего тока к транзистору выходной ток остается неизменным.

Так как напряжение в обмотках генерируется только в случае изменения магнитного поля, его роста или падения, то отсутствие роста тока на выходе транзистора, следовательно, приведет к исчезновению ЭДС в обмотках II и III. Пропадание напряжения в обмотке III приведет к уменьшению степени открытия транзистора. И выходной ток транзистора уменьшится, следовательно, и магнитное поле будет уменьшаться. Уменьшение магнитного поля приведет к созданию напряжения противоположной полярности. Отрицательное напряжение в обмотке III начнет еще больше закрывать транзистор. Процесс будет длиться до тех пор, пока магнитное поле полностью не исчезнет. Когда магнитное поле исчезнет, отрицательное напряжение в обмотке III тоже исчезнет. Процесс снова начнет повторяться.

Двухтактный преобразователь работает по такому же принципу, но отличие в том, что транзисторов два, и они по очереди открываются и закрываются. То есть когда один открыт — другой закрыт. Схема двухтактного преобразователя обладает большим преимуществом, так как использует всю петлю гистерезиса магнитного проводника трансформатора. Использование только одного участка петли гистерезиса или намагничивание только в одном направлении приводит к возникновению многих нежелательных эффектов, которые снижают КПД преобразователя и ухудшают его характеристики. Поэтому в основном везде применяется двухтактная схема преобразователя с фазосдвигающим трансформатором. В схемах, где нужна простота, малые габариты, и малая мощность все же используется однотактная схема.

Блоки питания форм-фактора АТХ без коррекции коэффициента мощности

Преобразователи, рассмотренные выше, хоть и законченные устройства, но в практике их использовать неудобно. Частота преобразователя, выходное напряжение и многие другие параметры «плавают», изменяются в зависимости от изменения: напряжения питания, загруженности выхода преобразователя и температуры. Но если ключами управлять контроллером, который бы мог осуществлять стабилизацию и различные дополнительные функции, то можно использовать схему для питания устройств. Схема блока питания с применением ШИМ-контроллера довольно проста, и, в общем, представляет собой генератор импульсов, построенный на ШИМ-котроллере.

ШИМ – широтно-импульсная модуляция. Она позволяет регулировать амплитуду сигнала прошедшего ФНЧ (фильтр низких частот) с изменением длительности или скважности импульса. Главные достоинства ШИМ это высокое значение КПД усилителей мощности и большие возможности в применении.

Схема простого блока питания с ШИМ контроллером.

Данная схема блока питания имеет небольшую мощность и в качестве ключа использует полевой транзистор, что позволяет упростить схему и избавиться от дополнительных элементов, необходимых для управления транзисторных ключей. В блоках питания большой мощности ШИМ-контроллер имеет элементы управления («Драйвер») выходным ключом. В качестве выходных ключей в блоках питания большой мощности используются IGBT-транзисторы.

Сетевое напряжение в данной схеме преобразуется в постоянное напряжение и чрез ключ поступает на первую обмотку трансформатора. Вторая обмотка служит для питания микросхемы и формирования напряжения обратной связи. ШИМ-котроллер генерирует импульсы с частотой, которая задана RC-цепью подключенной к ножке 4. Импульсы подаются на вход ключа, который их усиливает. Длительность импульсов изменяется в зависимости от напряжения на ножке 2.

Рассмотрим реальную схему АТХ блока питания. Она имеет намного больше элементов и в ней присутствуют еще дополнительные устройства. Красными квадратами схема блока питания условно поделена на основные части.

Схема АТХ блока питания мощностью 150–300 Вт

Для питания микросхемы контроллера, а также формирования дежурного напряжения +5, которое используется компьютером, когда он выключен, в схеме находиться еще один преобразователь. На схеме он обозначен как блок 2. Как видно он выполнен по схеме однотактного преобразователя. Во втором блоке также есть дополнительные элементы. В основном это цепочки поглощения всплесков напряжений, которые генерируются трансформатором преобразователя. Микросхема 7805 – стабилизатор напряжения формирует дежурное напряжение +5В из выпрямленного напряжения преобразователя.

Зачастую в блоке формирования дежурного напряжения установлены некачественные или дефектные компоненты, что вызывает снижение частоты преобразователя до звукового диапазона. В результате чего из блока питания слышен писк.

Так как блок питания питается от сети переменного напряжения 220В, а преобразователь нуждается в питании постоянным напряжением, напряжение необходимо преобразовать. Первый блок осуществляет выпрямление и фильтрацию переменного сетевого напряжения. В этом блоке также находится заграждающий фильтр от помех, генерируемых самим блоком питания.

Третий блок это ШИМ-контроллер TL494. Он осуществляет все основные функции блока питания. Защищает блок питания от коротких замыканий, стабилизирует выходные напряжения и формирует ШИМ-сигнал для управления транзисторными ключами, которые нагружены на трансформатор.

Четвертый блок состоит из двух трансформаторов и двух групп транзисторных ключей. Первый трансформатор формирует управляющее напряжение для выходных транзисторов. Поскольку ШИМ-контроллер TL494 генерирует сигнал слабой мощности, первая группа транзисторов усиливает этот сигнал и передает его первому трансформатору. Вторая группа транзисторов, или выходные, нагружены на основной трансформатор, который осуществляет формирование основных напряжений питания. Такая более сложная схема управления выходными ключами применена из-за сложности управления биполярными транзисторами и защиты ШИМ-контроллера от высокого напряжения.

Пятый блок состоит из диодов Шоттки, выпрямляющих выходное напряжение трансформатора, и фильтра низких частот (ФНЧ). ФНЧ состоит из электролитических конденсаторов значительной емкости и дросселей. На выходе ФНЧ стоят резисторы, которые нагружают его. Эти резисторы необходимы для того, чтобы после выключения емкости блока питания не оставались заряженными. Также резисторы стоят и на выходе выпрямителя сетевого напряжения.

Оставшиеся элементы, не обведенные в блоке это цепочки, формируют «сигналы исправности». Этими цепочками осуществляется работа защиты блока питания от короткого замыкания или контроль исправности выходных напряжений.

Блок питания АТХ мощностью 200 Вт

Теперь посмотрим, как на печатной плате блока питания мощностью 200 Вт расположены элементы. На рисунке показаны:

Конденсаторы, выполняющие фильтрацию выходных напряжений.
Место не распаянных конденсаторов фильтра выходных напряжений.
Катушки индуктивности, выполняющие фильтрацию выходных напряжений. Более крупная катушка играет роль не только фильтра, но и еще работает в качестве ферромагнитного стабилизатора. Это позволяет немного снизить перекосы напряжений при неравномерной нагрузке различных выходных напряжений.
Микросхема ШИМ-стабилизатора WT7520.
Радиатор на котором установлены диоды Шоттки для напряжений +3.3В и +5В, а для напряжения +12В обычные диоды. Необходимо отметить, что часто особенно в старых блоках питания, на этом же радиаторе размещаются дополнительно элементы. Это элементы стабилизации напряжений +5В и +3,3В. В современных блоках питания размещаются на этом радиаторе только диоды Шоттки для всех основных напряжений или полевые транзисторы, которые используются в качестве выпрямительного элемента.
Основной трансформатор, который осуществляет формирование всех напряжений, а также гальваническую развязку с сетью.
Трансформатор, формирующий управляющие напряжения для выходных транзисторов преобразователя.
Трансформатор преобразователя, формирующий дежурное напряжение +5В.
Радиатор, на котором размещены выходные транзисторы преобразователя, а также транзистор преобразователя формирующего дежурное напряжение.
Конденсаторы фильтра сетевого напряжения. Их не обязательно должно быть два. Для формирования двухполярного напряжения и образования средней точки устанавливают два конденсатора равной емкости. Они делят выпрямленное сетевое напряжение пополам, тем самым формируя два напряжения разной полярности, соединенных в общей точке. В схемах с однополярным питанием конденсатор один.
Элементы фильтра сети от гармоник (помех), генерирующихся блоком питания.
Диоды диодного моста, осуществляющие выпрямление переменного напряжения сети.

Блок питания АТХ мощностью 350 Вт

Блок питания 350 Вт устроен эквивалентно. Сразу бросается в глаза больших размеров плата, увеличенные радиаторы и большего размера трансформатор преобразователя.

Конденсаторы фильтра выходных напряжений.
Радиатор, охлаждающий диоды, выпрямляющие выходное напряжение.
ШИМ-контролер АТ2005 (аналог WT7520), осуществляющий стабилизацию напряжений.
Основной трансформатор преобразователя.
Трансформатор, формирующий управляющее напряжение для выходных транзисторов.
Трансформатор преобразователя дежурного напряжения.
Радиатор, охлаждающий выходные транзисторы преобразователей.
Фильтр сетевого напряжения от помех блока питания.
Диоды диодного моста.
Конденсаторы фильтра сетевого напряжения.

Рассмотренная схема долго применялась в блоках питания и сейчас иногда встречается.

Блоки питания формата АТХ с коррекцией коэффициента мощности

В рассмотренных схемах нагрузкой сети служит конденсатор, подключаемый к сети через диодный мост. Заряд конденсатора происходит только в том случае если на нем напряжение меньше чем сетевое. В результате ток носит импульсный характер, что имеет множество недостатков.

Мостовой выпрямитель напряжения

Перечислим эти недостатки:

токи вносят в сеть высшие гармоники (помехи);
большая амплитуда тока потребления;
значительная реактивная составляющая в токе потребления;
сетевое напряжение не используется в течение всего периода;
КПД таких схем имеет небольшое значение.

Новые блоки питания имеют усовершенствованную современную схему, в ней появился еще один дополнительный блок – корректор коэффициента мощности (ККМ). Он осуществляет повышение коэффициента мощности. Или более простым языком убирает некоторые недостатки мостового выпрямителя сетевого напряжения.

S=P + jQ

Формула полной мощности

Коэффициент мощности (КМ) характеризует, сколько в полной мощности активной составляющей и сколько реактивной. В принципе, можно сказать, а зачем учитывать реактивную мощность, она же мнимая и не несет пользу.

Формула коэффициента мощности

Допустим, у нас есть некий прибор, блок питания, с коэффициентом мощности 0,7 и мощностью 300 Вт. Видно из расчетов, что наш блок питания имеет полную мощность (сумму реактивной и активной мощности) больше, чем указанная на нем. И эту мощность должна дать сеть питания 220В. Хотя эта мощность не несет пользы (даже счетчик электричества ее не фиксирует) она все же существует.

Расчет полной мощности блока питания

То есть внутренние элементы и сетевые провода должны быть рассчитаны на мощность 430 Вт, а не 300 Вт. А представьте себе случай, когда коэффициент мощности равен 0,1 … Из-за этого ГОРСЕТЬЮ запрещается использовать приборы с коэффициентом мощности менее 0,6, а в случае обнаружения таковых на владельца налагается штраф.

Соответственно кампаниями были разработанные новые схемы блоков питания, которые имели ККМ. Вначале в качестве ККМ использовался включенный на входе дроссель большой индуктивности, такой блок питания называют блок питания с PFC или пассивным ККМ. Подобный блок питания обладает повышенным КМ. Для достижения нужного КМ необходимо оснащать блоки питания большим дросселем, так как входное сопротивление блока питания носит емкостной характер из-за установленных конденсаторов на выходе выпрямителя. Установка дросселя значительно увеличивает массу блока питания, и повышает КМ до 0,85, что не так уж и много.

400 Вт блок питания с пассивной коррекцией коэффициента мощности

На рисунке представлен блок питания компании FSP мощностью 400 Вт с пассивной коррекцией коэффициента мощности. Он содержит следующие элементы:

Конденсаторы фильтра выпрямленного сетевого напряжения.
Дроссель, осуществляющий коррекцию коэффициента мощности.
Трансформатор главного преобразователя.
Трансформатор, управляющий ключами.
Трансформатор вспомогательного преобразователя (дежурного напряжения).
Фильтры сетевого напряжения от пульсаций блока питания.
Радиатор, на котором установлены выходные транзисторные ключи.
Радиатор, на котором установлены диоды, выпрямляющие переменное напряжение главного трансформатора.
Плата управления скоростью вращения вентилятора.
Плата, на которой установлен ШИМ-контроллер FSP3528 (аналог KA3511).
Дроссель групповой стабилизации и элементы фильтра пульсаций выходного напряжения.
Конденсаторы фильтра пульсаций выходного напряжения.

Включение дросселя для коррекции КМ

Вследствие не высокой эффективности пассивной ККМ в блок питания была введена новая схема ККМ, которая построена на основе ШИМ-стабилизатора, нагруженного на дроссель. Эта схема приносит множество плюсов блоку питанию:

расширенный диапазон рабочих напряжений;
появилась возможность значительно уменьшить емкость конденсатора фильтра сетевого напряжения;
значительно повышенный КМ;
уменьшение массы блока питания;
увеличение КПД блока питания.

Есть и недостатки у этой схемы – это снижение надежности БП и некорректная работа с некоторыми источниками бесперебойного питания при переключениях режимов работы батарея / сеть. Некорректная работа этой схемы с ИБП вызвана тем, что в схеме существенно снизилась емкость фильтра сетевого напряжения. В момент, когда кратковременно пропадает напряжение, сильно возрастает ток ККМ, необходимый для поддержания напряжения на выходе ККМ, в результате чего срабатывает защита от КЗ (короткого замыкания) в ИБП.

Схема активного корректора коэффициента мощности

Если посмотреть на схему, то она представляет собой генератор импульсов, который нагружен на дроссель. Сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом и подается на ключ, который нагружен дросселем L1 и трансформатором Т1. Трансформатор введен для обратной связи контроллера с ключом. Напряжение с дросселя снимается с помощью диодов D1 и D2. Причем напряжение снимается поочередно с помощью диодов, то с диодного моста, то с дросселя, и заряжает конденсаторы Cs1 и Cs2. Ключ Q1 открывается и в дросселе L1 накапливается энергия нужной величины. Размер накопленной энергии регулируется длительностью открытого состояния ключа. Чем больше накоплено энергии, тем большее напряжение отдаст дроссель. После выключения ключа происходит отдача накопленной энергии дросселем L1 через диод D1 конденсаторам.

Такая работа позволяет использовать полностью всю синусоиду переменного напряжения сети в отличие от схем без ККМ, а также стабилизировать напряжение, питающее преобразователь.

В современных схемах блоков питания, часто применяют двухканальные ШИМ-контроллеры. Одна микросхема осуществляет работу, как преобразователя, так и ККМ. В результате существенно снижается количество элементов в схеме блока питания.

Схема простого блока питания на двухканальном ШИМ-контролере

Рассмотрим схему простого блока питания на 12В с использованием двуканального ШИМ-контроллера ML4819. Одна часть блока питания осуществляет формирование постоянного стабилизированного напряжения +380В. Другая часть представляет собой преобразователь, формирующий постоянное стабилизированное напряжение +12В. ККМ состоит, как и в выше рассмотренном случае, из ключа Q1, нагруженного на него дросселя L1 трансформатора Т1 обратной связи. Диоды D5, D6 заряжают конденсаторы С2,° C3,° C4. Преобразователь состоит из двух ключей Q2 и Q3, нагруженных на трансформатор Т3. Импульсное напряжение выпрямляется диодной сборкой D13 и фильтруется дросселем L2 и конденсаторами С16,° C18. С помощью патрона U2 формируется напряжение регулирования выходного напряжения.

Блок питания GlacialPower GP-AL650AA

Рассмотрим конструкцию блока питания, в которой есть активный ККМ:

Плата управления токовой защитой;
Дроссель, выполняющий роль как фильтра напряжений +12В и +5В, так и функцию групповой стабилизации;
Дроссель фильтра напряжения +3,3В;
Радиатор, на котором размещены выпрямительные диоды выходных напряжений;
Трансформатор главного преобразователя;
Трансформатор, управляющий ключами главного преобразователя;
Трансформатор вспомогательного преобразователя (формирующий дежурное напряжение);
Плата контроллера коррекции коэффициента мощности;
Радиатор, охлаждающий диодный мост и ключи главного преобразователя;
Фильтры сетевого напряжения от помех;
Дроссель корректора коэффициента мощности;
Конденсатор фильтра сетевого напряжения.

Конструктивные особенности и типы разъемов

Рассмотрим виды разъемов, которые могут присутствовать на блоке питания. На задней стенке блока питания размещается разъем для подключения сетевого кабеля и выключатель. Раньше рядом с разъемом сетевого шнура размещался также разъем для подключения сетевого кабеля монитора. Опционально могут присутствовать и другие элементы:

индикаторы сетевого напряжения, или состояния работы блока питания
кнопки управления режимом работы вентилятора
кнопка переключения входного сетевого напряжения 110 / 220В
USB-порты встроенные в блок питания USB hub
другое.

На задней стенке все реже размещают вентиляторы, вытягивающие из блока питания воздух. Все чаше вентилятор размещают в верхней части блока питания из-за большего пространства для установки вентилятора, что позволяет установить большой и тихий активный элемент охлаждения. На некоторых блоках питания устанавливают даже два вентилятора и сверху и сзади.

Блок питания Chieftec CFT-1000G-DF

С передней стенки выходит провод с разъемом подключения питания материнской платы. В некоторых блоках питания, модульных, он, как и другие провода, подключается через разъем. Ниже на рисунке указана распиновка контактов всех основных разъемов.

Можно заметить, что каждое напряжение имеет свой цвет провода:

Желтый цвет — +12 В
Красный цвет — +5 В
Оранжевый цвет — +3,3В
Черный цвет — общий или земля

Для остальных напряжений цвета проводов у каждого производителя могут варьироваться.

На рисунке не отображены разъемы дополнительного питания видеокарт, так как они подобны разъема дополнительного питания процессора. Также существуют другие виды разъемов, которые встречаются в компьютерах фирменной сборки компаний DelL, Apple и других.

Электрические параметры и характеристики блоков питания

Блок питания имеет множество электрических параметров, большинство из которых не отмечаются в паспорте. На боковой наклейке блока питания отмечается обычно только несколько основных параметров – рабочие напряжения и мощность.

Мощность блока питания

Мощность часто обозначают на этикетке большим шрифтом. Мощность блока питания, характеризует, сколько он может отдать электрической энергии подключаемым к нему приборам (материнская плата, видеокарта, жесткий диск и др.).

По идее, достаточно просуммировать потребление используемых компонентов и выбрать блок питание немного большей мощности для запаса. Для подсчета мощности вполне годятся рекомендации указанные в паспорте видеокарты, если таковой есть, тепловой пакет процессора и т. д.

Но на самом деле все намного сложнее, т. к. блок питания выдает различные напряжения — 12В, 5В, −12В, 3,3В и др. Каждая линия напряжения рассчитана на свою мощность. Логично было подумать, что эта мощность фиксированная, а сума их равна мощности блока питания. Но в блоке питания стоит один трансформатор для генерации всех этих напряжений, используемых компьютером (кроме дежурного напряжения +5В). Правда, редко, но все же можно найти блок питания с двумя раздельными трансформаторами, но такие источники питания дорогие и чаще всего используются в серверах. Обычные же БП ATX имеют один трансформатор. Из-за этого мощность каждой линии напряжений может плавать: увеличивается, если другие линии слабо нагружены, и уменьшаться, если остальные линии сильно нагружены. Поэтому часто на блоках питания пишут максимальную мощность каждой линии, и в результате, если их просуммировать, выйдет мощность даже больше, чем действительная мощность блока питания. Таким образом, производитель может запутать потребителя, например, заявляя слишком большую номинальную мощность, которую БП обеспечить не способен.

Отметим, что если в компьютере установлен блок питания недостаточной мощности, то это вызовет не корректную работу устройств («зависания», перезагрузки, щелкание головок жесткого диска), вплоть до невозможности включения компьютера. А если в ПК установлена материнская плата, которая не рассчитана на мощность компонентов, которые на ней установлены, то зачастую материнская плата функционирует нормально, но со временем разъемы подключения питания выгорают вследствие постоянного их нагрева и окисления.

Стандарты и сертификаты

При покупке БП, в первую очередь необходимо посмотреть на наличие сертификатов и на соответствие его современным международным стандартам. На блоках питания чаще всего можно встретить указание следующих стандартов:

RoHS, WEEE – не содержит вредных веществ
UL, cUL – сертификат на соответствие своим техническим характеристикам, а также требованиям безопасности для встроенных электроприборов
CE — сертификат который показывает, что блок питания соответствует строжайшим требованиям директив европейского комитета
ISO – международный сертификат качества
CB — международный сертификат соответствия своим техническим характеристикам
FCC – соответствие нормам электромагнитных наводок (EMI) и радионаводок (RFI), генерируемых блоком питания
TUV — сертификат соответствия требованиям международного стандарта ЕН ИСО 9001:2000
ССС – сертификат Китая соответствия безопасности, электромагнитным параметрам и защите окружающей среды

Также есть компьютерные стандарты форм-фактора АТХ, в котором определены размеры, конструкция и многие другое параметры блока питания, включая допустимые отклонения напряжений при нагрузке. Сегодня существуют несколько версий стандарта АТХ:

ATX 1.3 Standard
ATX 2.0 Standard
ATX 2.2 Standard
ATX 2.3 Standard

Отличие версий стандартов АТХ в основном касается введения новых разъемов и новых требованиям к линиям питания блока питания.