Как работает блок питания: Устройство компьютерных блоков питания и методика их тестирования

Анатомия. Из чего состоит блок питания? — i2HARD

Он есть в каждом компьютере, ноутбуке и приставке. Он не влияет на вашу частоту кадров и майнинг биткоинов. У него нет миллиардов транзисторов, и в его производстве не используются новейшие полупроводниковые техпроцессы. Звучит скучно? Ничуть! Без этой штуки наши компьютеры абсолютно ничего бы не сделали.

БП, они же блоки питания (англ. PSU, Power Supply Units), не взрывают заголовки журналов как новейшие процессоры, но это интереснейшие технологии, заслуживающие нашего внимания. Так что надевайте белые халаты, маски, перчатки и приступим к вскрытию нашего скромного парнишки – блока питания, разберём его на части и рассмотрим, чем занимается каждый его орган.

И да, совсем недавно мы разбирались как правильно выбрать Блок питания. Рекомендуем к прочтению.

Что это и с чем это едят?

Многие компьютерные компоненты имеют названия, требующие чуточку технических знаний, чтобы понять, что это и зачем (например, твердотельный накопитель), но в случае блока питания всё довольно очевидно. Это блок, обеспечивающий питание.

Но мы же не можем на этом поставить точку, с гордостью заявив «статья готова». Наш цикл статей посвящен внутреннему строению, и на операционном столе у нас лежит подопытный – Cooler Master G650M. Это довольно типичный представитель, с характеристиками, подобными десяткам других моделей, но у него есть одна особенность, встречающаяся не во всех блоках питания.

Официальное фото блока питания Cooler Master.

Это блок питания стандартного размера, соответствующий форм-фактору ATX 12V v2.31, поэтому он подходит для многих компьютерных корпусов.

Есть и другие форм-факторы – например, для малых корпусов, либо вовсе уникальные по спецзаказу. Не каждый блок соответствует точным размерам, установленным стандартными форм-факторами – они могут быть одинаковой ширины и высоты, но отличаться по длине.

Этот блок питания от Cisco специально спроектирован для серверных стоек

В маркировке PSU обычно указывается их основной параметр – максимально обеспечиваемая мощность. В случае с нашим Cooler Master, это 650 Вт. Позже мы поговорим, что это на самом деле значит, а пока лишь заметим, что есть и менее мощные БП, поскольку не всем компьютерам требуется именно столько, а некоторым достаточно даже на порядок меньше. Но всё-ж большинство настольных компьютеров обеспечены питанием в диапазоне от 400 до 600 Вт.

Блоки питания вроде нашего собираются в прямоугольных, зачастую неокрашенных, металлических корпусах, отчего бывают достаточно увесистые. У ноутбуков блок питания практически всегда внешний, в пластиковом корпусе, но его внутренности очень схожи с тем, что мы увидим у рассматриваемого нами БП.

Источник фотографии nix.ru

Большинство типичных блоков питания оснащены сетевым выключателем и кулером для активной терморегуляции, хотя в ней не все БП нуждаются. И не у всех из них есть вентиляционная решётка – у серверных версий, в частности, это редкость.

Ну что-ж, как вы можете видеть на фото выше, мы уже вооружены отверткой и готовы приступить к вскрытию нашего экземпляра.

Немного теории

Но прежде чем мы начнем копаться во внутренностях, давайте зададимся вопросом, действительно ли блок питания настолько необходим? Почему нельзя подключить компьютер напрямую к розетке? Ответ заключается в том, что компьютерные комплектующие рассчитаны на совсем другое напряжение, нежели сетевое.

На графике ниже показано, каким должно быть электричество сети (в США = синяя и зеленая кривые; Великобритания = красная кривая). Ось X представляет время в миллисекундах, а ось Y – напряжение (voltage) в вольтах. Проще всего понять, что такое напряжение, глядя на разность энергий между двумя точками.

Если напряжение приложено к проводнику (например, к металлической проволоке), разница в энергии заставит электроны в материале проводника течь от более высокого энергетического уровня к более низкому. Электроны – составляющие атомов, из которых состоит проводник, и металлы имеют много электронов, которые могут свободно перемещаться. Этот поток электронов называется током (current) и измеряется в амперах.

Хорошую аналогию можно провести с садовым шлангом: напряжение сродни давлению, которое вы используете, а расход воды – это ток. Любые ограничения и препятствия в шланге – по сути как электрическое сопротивление.

Мы видим, что электричество в сети варьируется с течением времени, из-за чего оно называется напряжением переменного тока (AC, alternating current). В США сетевое напряжение меняется 60 раз в секунду, достигая пиковых значений 340 В или 170 В, в зависимости от местоположения и способа подключения. В Великобритании пиковые напряжения пониже, и частота этих колебаний также немного отличается. Большинство стран придерживаются схожих стандартов сетевого напряжения, и лишь в немногих странах пиковые напряжения более низкие или более высокие.

Потребность в блоке питания заключается в том, что компьютеры не работают с переменным током: им нужно постоянное напряжение, которое никогда не меняется, и кроме того – гораздо более низкое. На том же графике оно будет выглядеть примерно вот таким:

Но современному компьютеру требуется не одно постоянное напряжение, а четыре: +12 вольт, -12 вольт, +5 вольт и +3,3 вольта. И поскольку эти значения не меняются, такой ток называется постоянным (DC, direct current). Преобразование тока из переменного в постоянный (т.н. выпрямление) – одна из основных функций блока питания. Пришло время вскрыть его и посмотреть, как он это делает!

Преобразование тока из переменного в постоянный – одна из основных функций PSU. Пришло время посмотреть, как он это делает!

Здесь мы должны предупредить вас, что в блоке питания есть элементы, накапливающие электричество, в том числе смертельное. Поэтому разбирать PSU потенциально опасно.

Официальное фото блока питания Cooler Master.

Принцип работы этого блока питания аналогичен многим другим, и хоть маркировки на различных деталях внутри будут отличаться, принципиальных различий это не делает.

Разъём сетевого шнура находится в верхнем левом углу фотографии, и ток по сути идет по часовой стрелке, пока не достигнет выхода из блока питания (пучок цветных проводов, нижний левый угол).

Источник фото techspot.com

Если мы перевернем плату, мы увидим, что по сравнению с материнской платой, проводники и соединения на ней более широкие и массивные – это потому, что они рассчитаны на более высокие токи. Также, бросается в глаза широкая полоса в середине, будто текущая по равнине река.

Это снова говорит о том, что все блоки питания имеют два четко разделённых узла: первичный и вторичный. Первый – это настройка входного напряжения, чтобы его можно было эффективно понижать; второй – это все настройки уже выпрямленного и пониженного напряжения.

Фильтрация

Первое, что блок питания делает с сетевым электричеством, это не выпрямление и не понижение, а выравнивание входного напряжения. Поскольку в наших домах, офисах и на предприятиях имеется множество электрических устройств и приборов, постоянно включающихся-выключающихся, а также излучающих электромагнитные помехи, переменный ток в сети часто бывает «скомканный» и со случайными скачками и перепадами (частота также не постоянна). Это не только затрудняет блоку питания выполнять преобразования, но может вывести из строя некоторые элементы внутри него.

Наш БП имеет две ступени так называемых входных фильтров (transient filter), первая из которых построена сразу на входе с помощью трёх конденсаторов. Она выполняет роль, похожую на роль «лежачего полицейского» на дороге – только вместо скорости, этот фильтр гасит внезапные скачки входного напряжения.

Источник фото techspot.com

Вторая ступень фильтра более сложная, но в сущности делает то же самое.

Желтые кирпичики – это снова конденсаторы, а вот зеленые кольца, обмотанные медным проводом, это индуктивные катушки (хотя при таком использовании их обычно называют дросселями). Катушки накапливают электрическую энергию в магнитном поле, но энергия при этом не теряется, а за счет самоиндукции плавно возвращается обратно. Таким образом, внезапно появившийся высокий импульс (скачок) поглощается магнитным полем дросселя, чтобы на выходе дать ровное напряжение без всяких скачков.

Два маленьких синих диска – ещё одни представители многообразия конденсаторов, а чуть ниже них (зелёный, с длинными ножками, обтянутыми черными изоляторами) – металлооксидный варистор (MOV). Они также используются для защиты от скачков входного напряжения. Подробнее о различных типах входных фильтров можно прочитать здесь.

Источник фото techspot.com

По этому узлу блока питания часто можно определить, насколько производитель сэкономил, или к какому бюджетному классу принадлежит девайс. Более дешевые будут иметь упрощённую фильтрацию входа, а самые дешёвые и вовсе не иметь таковой (избегайте таких!).

Теперь, когда напряжение выровнено и причёсано, ему дозволяется идти дальше – собственно, к преобразованию.

Преобразование

Как мы уже сказали, блоку питания нужно изменить напряжение переменного тока, которое в американских розетках обычно в районе 120 вольт (технически, это среднеквадратичные 120 вольт, но мы не будем так язык выламывать), получив на выходе постоянное напряжение 12, 5 и 3,3 вольт.

Первым делом осуществляется преобразование переменного тока в постоянный, и наш блок использует для этого выпрямительный мост. На фото ниже это плоский черный элемент, приклеенный к радиатору.

Источник фото techspot.com

Это еще одно место, где производитель блоков питания может сократить расходы, поскольку более дешевые выпрямители хуже справляются со своей задачей (например, сильнее греются). Теперь, если пиковое входное напряжение составляет 170 В (что имеет место для сети 120 В), то пройдя через выпрямительной мост, оно станет 170 В, но уже постоянного тока.

В таком виде оно поступает на следующую стадию, и в нашем блоке это активный модуль коррекции коэффициента мощности (APFC или Active PFC, Active Power Factor Correction converter). Этот узел также стабилизирует напряжение, сглаживая «провалы» за счет накапливающих конденсаторов; кроме того, он защищает от скачков выходной мощности.

Пассивные корректоры (PPFC или Passive PFC) выполняют по сути ту же работу. Они менее эффективны, но хороши для маломощных блоков питания.

Источник фото techspot.com

APFC на фото выше представлен в виде пары больших цилиндров слева – это конденсаторы, которые накапливают выровненный ток, прежде чем отправить его дальше по цепочке процессов в нашем блоке питания.

За APFC находится ШИМ, широтно-импульсный модулятор (PWM, Pulse Width Modulator). Его предназначение заключается в том, чтобы с помощью нескольких быстро переключающихся полевых транзисторов преобразовать постоянный ток обратно в переменный. Это нужно сделать потому, что на следующем шаге нас ждёт понижающий трансформатор. Эти устройства, основанные на электромагнитной индукции, состоят из двух обмоток с разным количеством витков на металлическом сердечнике, необходимых для понижения напряжения, и работают трансформаторы только с переменным током.

Частота переменного тока (скорость, с которой он изменяется; в герцах, Гц) значительно влияет на эффективность трансформатора – чем выше, тем лучше, поэтому частота исходного питания 50/60 Гц увеличивается примерно в тысячу раз. А чем эффективнее трансформатор, тем меньше его размер. Такой тип устройств, который использует эти сверхбыстрые частоты постоянного тока, называется импульсным источником питания (Switched Mode Power Supply, SMPS).

На фото ниже вы можете видеть 3 трансформатора – самый большой имеет на единственном выходе 12 вольт, а тот, что поменьше – 5 вольт (чуть поговорим ещё о нём позже). В других БП вы можете встретить один большой трансформатор сразу на все напряжения, то есть с несколькими выходами. А самый маленький трансформатор предназначен для защиты транзисторов ШИМ и подавления его помех.

|
Источник фото techspot.com

Можно по-разному реализовать получение необходимых напряжений, защиту ШИМ, и так далее. Всё зависит от бюджетного сегмента и мощности устройства. Однако, всем одинаково необходимо снять напряжения с трансформаторов и снова выпрямить.

На фото ниже мы видим алюминиевый радиатор низковольтных диодов, выполняющих это выпрямление. А также, конкретно в этом PSU, мы видим небольшую дополнительную плату в центре фото – это узел модулей регулирования напряжения (VRM, Voltage Regulation Modules), обеспечивающий выходы 5 и 3,3 вольт.

Источник фото techspot.com

И тут нам стоит поговорить о том, что такое пульсация.

В идеальном мире, с идеальными блоками питания, переменный ток будет преобразован в абсолютно ровный, без малейших колебаний, постоянный ток. В действительности же, такой 100%-ой точности не достигается, и напряжение постоянного тока имеет хоть и незначительные, но колебания.

Этот эффект называется пульсирующим напряжением, и в наших блоках питания мы бы хотели, чтобы оно было как можно меньше. Cooler Master не предоставляет информации о величине пульсирующего напряжения в спецификации к нашему подопытному PSU, поэтому мы прибегли к сторонним результатам тестирования. Один из таких анализов был выполнен JonnyGuru.com, и они установили, что максимальное пульсирующее напряжение выхода +12 В – 0,042 В (42 милливольт).

График ниже демонстрирует отклонение фактически получаемого напряжения (синяя кривая; при этом её форма, конечно, не такая идеальная синусоида – ведь сама пульсация не постоянна) от требуемого ровного напряжения +12 В постоянного тока (красная прямая).

Это отклонение, по большей части, лежит на совести конденсаторов во всём PSU. Некачественные, дешёвые конденсаторы приводят к увеличению этой не нужной нам пульсации. Если она слишком большая, то некоторые электронные узлы компьютера, наиболее чувствительные к качеству питания, могут начать работать нестабильно. К счастью, в нашем примере 40 с лишним милливольт это нормально. Не супер, но и не плохо.

Но на получении приемлемых выходных напряжений дело ещё не заканчивается. Необходимо обеспечить управление выходами, чтобы питание на каждом из них было всегда полноценным и стабильным, независимо от мощности нагрузок на других выходах.

Источник фото techspot.com

Микросхема, которую вы видите на этом фото, называется супервизор (supervisor) и она следит за тем, чтобы на выводах не оказалось слишком высокого или низкого напряжения и тока. Работает бесхитростно – просто отключает блок питания при возникновении таких проблем.

Более дорогие PSU могут оснащаться ЦПОС, цифровым процессором обработки сигналов (DSP, Digital Signal Processor), который не только мониторит напряжения, но и может отрегулировать их при необходимости, а также отправлять подробные данные о состоянии БП на компьютер, его использующий. Для рядового пользователя эта функция достаточно спорная, но для серверов и рабочих станций – весьма желательная.

Выходы

Все блоки питания поставляются с длинными пучками проводов, торчащими сзади. Количество проводов и доступных разъёмов для запитывания устройств будут отличаться от модели к модели, но некоторые стандартные подключения должны обеспечивать все БП без исключения.

Так как напряжение – это величина разности потенциалов, то каждый выход подразумевает два провода: один для указанного напряжения (например, +12 В) и провод, относительно которого измеряется разность потенциалов. Этот провод называется заземлением, «землёй», «reference wire» или «общим» проводом, и два этих провода образуют петлю: от блока питания до устройства-потребителя, а затем обратно в БП.

Поскольку в некоторых таких замкнутых контурах токи небольшие, они могут использовать общие провода заземления.

Официальное фото блока питания Cooler Master.

Главным из обязательных разъёмов является 24-pin ATX12V v. 2.4, обеспечивающий основное питание с помощью нескольких выводов различных напряжений, а также имеющий ряд специальных выводов.

Из этих специальных отметим лишь вывод «+5 standby» – дежурное питание компьютера. Это напряжение подаётся на материнскую плату всегда, даже когда компьютер выключен, при условии, что он остаётся включен в розетку и его БП исправен. Дежурное питание нужно материнской плате для того, чтобы оставаться активной.

Большинство PSU также имеют дополнительный 8-pin разъём для материнской платы с двумя линиями +12 В, и по крайней мере один 6 или 8-pin разъём питания для PCI Express.

Со слота PCI Express видеокарты могут взять максимум 75 Вт, поэтому этот разъем обеспечивает дополнительную мощность для современных GPU.

Конкретно наш рассматриваемый блок питания по соображениям экономии фактически использует два разъема питания PCI Express на одной и той же линии. Поэтому, если у вас действительно мощная видеокарта, старайтесь выделить ей независимую линию питания, не делите её с другими устройствами.

Разница между 6 и 8-pin разъемами PCI Express – два дополнительных провода заземления. Это позволяет повысить силу тока, удовлетворяя потребности наиболее прожорливых видеокарт.

Последние несколько лет мы всё чаще стали замечать блоки питания с гордой припиской «модульный» (modular PSU). Это просто означает, что у них отстегивающиеся кабели, что позволяет использовать только необходимое количество кабелей и разъёмов, не подключая всё ненужное, освободив тем самым пространство внутри блока.

Источник фотографии nix.ru

Наш Cooler Master, как и большинство, использует довольно простую систему подключения модульных кабелей.

Каждый разъем имеет по одному проводу +12В, +5В и +3,3В, а также два провода заземления, и в зависимости от того, к какому устройству будет подключен кабель, разъем на другом конце будет использовать либо соответствующую, либо упрощённую распайку.

Представленный на фото выше разъем Serial ATA (SATA) используется для подключения питания жестких дисков, твердотельных накопителей и таких периферийных устройств, как DVD-приводы.

Этот всем знакомый разъём называется замысловато: «разъём питания AMP MATE-N-LOK 1-480424-0». Но все называют его просто Molex, невзирая на то, что это всего лишь название компании-разработчика этого разъёма. Он предоставляет по одному выводу +12В и +5В, и два провода заземления.

На выходных проводах производители тоже могут сэкономить или накрутить цену за счет более ярких или более мягких проводов. Сечение провода также играет важную роль, поскольку более толстые провода обладают меньшим сопротивлением, чем тонкие, поэтому меньше греются при прохождении тока по ним.

На что обращать внимание при выборе

В начале нашей статьи мы говорили, что большинство блоков питания имеют в названии значение своей максимальной мощности. Простым языком, электрическая мощность – это напряжение, умноженное на силу тока (например, 12 вольт x 20 ампер = 240 ватт). И хотя такое утверждение не совсем технически точное, для наших целей оно удовлетворительное.

Как и на большинстве моделей, на нашем блоке питания есть шильдик, содержащий основную информацию о том, сколько мощности может обеспечить каждая линия напряжения.

Источник фотографии nix.ru

Здесь мы видим, что суммарная максимальная мощность всех +12 В линий составляет 624 Вт. Приплюсовав все остальные мощности, мы в итоге получим 760 Вт, а не 650. Что тут не так? А дело просто в том, что линии +5 В (кроме дежурной) и +3,3 В создаются через VRM, используя одну из линий +12 В.

Ну и конечно, все выходные напряжения поступают из одного источника: сетевой розетки. Таким образом, мощность в 650 Вт – это максимум, который блок питания может обеспечить в целом по всем линиям. То есть, если у вас на линиях +12 В висит нагрузка в 600 Вт, то на все остальные линии у вас остается всего 50 Вт. К счастью, большинство оборудования в любом случае бо́льшую часть мощности берёт от линий 12 В, поэтому проблема неправильно подобранного БП встречается редко.

Правее от таблицы со спецификациями мощности на шильдике присутствует значок «80 Plus Bronze». Это рейтинг эффективности, используемый в отрасли в соответствии с требованиями к производителям блоков питания. Эффективность также отражает величину общей нагрузки, которую блок питания способен обслуживать.

20%, 50% и 100% – процент нагрузки по отношению к максимальной мощности для стандартных систем

Если наш Cooler Master нагрузить ровно на половину его максимальной мощности, то есть на 325 Вт, то его ожидаемый КПД будет в пределах 80-85% в зависимости от напряжения в сети (115/230 В).

Это означает фактическую нагрузку блока питания на сеть от 382 до 406 Вт. Более высокий рейтинг 80 PLUS не означает, что блок питания даст вам больше энергии, он просто более экономичный – меньше энергии теряет на всех этапах фильтрации, выпрямления и преобразования.

Также обратите внимание, что максимальная эффективность достигается в диапазоне между 50 и 100% нагрузки. Некоторые производители предоставляют графики, показывающие, какой КПД можно ожидать от их устройства при различных нагрузках и напряжениях в сети.

Официальное изображение Cooler Master.

График эффективности для блока питания Cooler Master V1300 Platinum. Вертикальная шкала – эффективность (КПД), горизонтальная – % нагрузки по отношению к максимальной мощности.

Иногда полезно обращать внимание на эту информацию, особенно если собираетесь раскошелиться на киловаттный блок питания. Если ваш компьютер будет потреблять близко к этому пределу мощности, то КПД блока питания будет несколько снижен.

Вы можете наткнуться на некие «одноканальные» и «многоканальные» (либо комбинированные – снабжённые переключателем) блоки питания. Термин «канал» в данном случае – просто другое слово для определенного напряжения, выдаваемого PSU. Наш Cooler Master имеет один канал 12 В и всевозможные разъёмы питания, обеспечивающие +12 В линии от этого канала. Многоканальный блок питания имеет две или более систем, обеспечивающих линии 12 вольт, однако существует большая разница в том, как это реализовано.

Многоканальные блоки питания широко применяются для серверов или дата-центров в целях отказоустойчивости – при выходе из строя одного из каналов, работоспособность системы не нарушится. Для обычных компьютеров тоже могут предлагаться многоканальные PSU, но скорее всего, вы столкнетесь с псевдо-многоканальностью, когда производитель просто разделит единственный канал на два или три якобы независимых канала. Например, наш подопытный выдает до 52 ампер по линии +12В, что эквивалентно 624 Вт электроэнергии. Дешевая «многоканальная» версия такого БП будет иметь в спецификации якобы два канала +12 В, но на самом деле это лишь два полуканала, каждый из которых будет обеспечивать только 26 А (или 312 Вт).

Хороший блок питания для настольного компьютера, использующий качественные компоненты, вовсе не требует многоканальности на +12 В, так что не беспокойтесь об этом!

Стоит ли переплачивать?

Блоки питания поставляются во всех ценовых диапазонах. Каталог на Amazon начинается с моделей от 15$ для стандартного блока 400 Вт, и доходит до полномодульных киловаттных PSU за 180-240$ от EVGA или Seasonic, и не заканчивается даже на этом. Что же вы получите за свои деньги? Что действительно стоит больше 200 долларов?

Очевидно, что чем мощнее, тем лучше, но вопрос ещё в том, как эта мощность реализована. Самые дешёвые 300 Вт модели выдают до 25 А на линиях +12В, в то время как киловаттная модель обеспечит втрое больше энергии. Современные процессоры и видеокарты практически все свои потребности удовлетворяют линиями +12 В. Уверены, что вам хватит 25 А?

Официальное фото блока питания Seasonic.

Учитывая, что актуальные аппетиты растут вместе с актуальным железом, то ваш новенький компьютер с 32-ядерным процессором в паре с 300-ваттной топовой видеокартой дешёвый блок питания явно не «затащит». С другой стороны, самые дорогие PSU легко справятся и будут иметь ещё приличный запас мощности. Ну а поскольку совокупная цена такого процессора и видеокарты может легко превысить 3500$, то стоит ли экономить ещё парой-другой сотен баксов сверху на обеспечение нормального питания для такого монстра.

Но на самом деле вы платите за качество компонентов в блоке питания. Взгляните на внутренности нашего Cooler Master в начале статьи. Вы не увидите там безумного количества всяких «шабашек», а поскольку каждый из тех немногочисленных элементов – критически важный компонент в работе устройства, нетрудно понять, почему не стоит гоняться за дешевизной.

На этом наше препарирование PSU закончено. Это очень интересное семейство устройств с на удивление сложным уровнем инженерии на всех этапах разработки и производства. Если у вас есть какие-либо вопросы о блоках питания в целом, или конкретно о вашем, смело спрашивайте в комментариях ниже. До новых встреч в нашем анатомическом кружке.

Как устроен блок питания, часть 5. Выходной выпрямитель, фильтр и цепь обратной связи импульсных блоков питания

В качестве самой просто схемы я покажу вариант с одним диодом и конденсатором. Такая схема используется в обратноходовых блоках питания, которые составляют сейчас подавляющее большинство.

В готовом блоке питания она выглядит так, как показано на этом фото.
Такие блоки питания чаще всего идут в комплекте с недорогой техникой.

Следующим шагом идет двухполупериодный выпрямитель. Эта схема использовал раньше весьма часто, но в последнее время вытеснена другой, которую я покажу позже.
Такая схемотехника чаще всего встречается в мощных блоках питания, особенно она удобна в нерегулируемых блоках на базе драйвера IR2151-2153, о которых я рассказывал в прошлой части.

Как я тогда сказал, она хорошо подходит для построения первичных источников питания, которые не являются стабилизированными, но которые имеют хороший КПД и могут использовать для питания других устройств, например как этот блок питания лабораторного источника питания.

Особое преимущество данной схемы в том, что ее очень легко переделать в двухполярную и использовать для питания усилителей мощности. В таком варианте добавляется всего пара диодов и конденсатор.

Когда мощности обратноходовой схемотехники не хватает, то используют ее прямоходовый вариант. Здесь энергия при одном такте сначала накапливается в дросселе, а потом через нижний диод поступает в нагрузку. Данная схемотехника очень похожа на схему классического StepDown преобразователя.

Заметить что блок питания собран по такой схемотехнике очень просто, на плате будет большой дроссель. В качестве фильтрующих дроссели с таким габаритом используют крайне редко, потому ошибиться сложно.

Но есть альтернативный вариант этой схемы. Он применяется чаще всего в компьютерных блоках питания и ведет свои истоки от первых БП формата АТ.

Здесь присутствует накопительный дроссель, а первичная обмотка силового трансформатора связана с одной из обмоток трансформатора управления. Если изъять дроссель из этой схемы, то блок питания при нагрузке выше определенной выйдет из строя.
То же самое касается и предыдущей схемы.

Отличить блоки питания последних двух типов очень легко, слева БП построенный по аналогии блока питания АТ формата, у него сразу заметен трансформатор около транзисторов, справа однотактный прямоходовый, трансформатора здесь нет.
Дроссели имеют разные размеры, но это следствие разной рабочей частоты и иногда экономии производителя. Меньший дроссель в работе скорее всего будет перегреваться, да и схема можно работать не очень надежно при максимальной мощности.

Чаще всего в качестве выходных диодов импульсных блоков питания используются диоды Шоттки. Они имеют два важных преимущества перед обычными:
1. Падение напряжения на них в 1.5-2 раза меньше
2. Они быстрее, чем обычные диоды, потому имеют меньше потер при переключении.

В блоках питания рассчитанных на высокое выходное напряжение применяют чаще всего обычные диоды, так как прямое падение у высоковольтных обычных и Шоттки примерно одинаково. Но из-за того что Шоттки быстрее, можно получить уменьшенные потери на снаббере, потому я советую применять их и здесь.

Так как после выпрямления на конденсаторе будут присутствовать заметные пульсации, то после него ставят LC фильтр или говоря простым языком – дроссель и конденсатор

Для примера “народный” блок питания где явно виден как дроссель, так и два конденсатора.

Дроссель необязательно будет большим, а вполне может быть совсем миниатюрным. Работать правда он будет хуже, но это лучше чем ничего.

Иногда дроссель вообще не ставят, хотя место под него есть. Это банальная экономия “на спичках”, я всегда рекомендую установить на это место дроссель.

Для примера уровень пульсаций без дросселя и с дросселем. Но стоит учитывать, что после установки дросселя пульсации на первом конденсаторе вырастут, так как на него будет приходится “ударный” ток. Обычно именно он выходит из строя первым.

Улучшить ситуацию можно установив параллельно электролитическим конденсаторам керамические. Данная мера можно существенно облегчить режим работы электролитов. Но стоит иметь в виду, что эффективно они работают только при относительно небольших мощностях БП, а точнее при относительно небольших токах. Можно конечно поставить много таких конденсаторов, но это дорого и габаритно.

При доработке конденсаторы можно напаивать прямо на выводы электролитических конденсаторов.
Я применяю конденсаторы с емкостью 0.1-0.47мкФ.

Чтобы еще немного улучшить качество работы, следует внимательнее отнестись к разводке печатной платы. Если страссировать плату по типу того как я показал на схеме, то пульсации могут еще немного уменьшиться, тем более что это бесплатно.

Ну и последний шаг, установка синфазного дросселя на выходе блока питания. Такое применяется чаще всего в фирменных блоках питания, которым требуется проходить сертификацию на уровень помех излучаемых в эфир. В дешевых практически никогда не встречается.

Теперь об выходных конденсаторах.
Если вы пользуетесь дешевыми блоками питания, то скорее всего на выходе увидите либо вообще безымянные модели.

Либо подделку под фирменные. Например в народном блоке питания применяют подделки под Sanyo или Nichicon, проверить очень просто, по маркировке. Скорее всего вы либо вообще не найдете конденсаторов такой серии, либо в этой серии не будет такого номинала с таким габаритом как у вас, либо внешне они будут отличаться цветом, как в данном случае.
Такие подделки на самом деле не самый худший вариант, но лучше применять фирменные.
Кстати в двухтактных БП конденсаторы обычно живут дольше и требования к их качеству меньше чем у обратноходовых однотактных.

Но все равно, лучше применять именно фирменные конденсаторы, а не суррогаты с их именем. На фото блок питания фирмы Менвелл.

Для облегчения работы конденсаторов есть способ, когда вместо одного двух емких устанавливают много менее емких конденсаторов. В таком варианте нагрузка лучше распределяется и конденсаторы живут дольше.

Схема стабилизации.
Самый простой вариант – стабилизировать напряжение по обратной связи со вспомогательной обмотки трансформатора, правда такое решение и самое плохое в плане стабильности, так как влияет магнитная связь между обмотками и их активное сопротивление, зато дешево.

Следующий вариант сложнее, здесь в качестве порогового элемента применен стабилитрон. В таком варианте выходное напряжение Бп будет равно падению на стабилитроне + напряжению на светодиоде оптрона. Характеристики схемы так себе, но вполне приемлемы для некритичных нагрузок.

Например блок питания с такой стабилизацией. Сверху около оптрона ничего нет.

Снизу расположен стабилитрон и несколько резисторов

Но куда лучшие характеристики показывает схема с регулируемым стабилитроном TL431. Она имеет куда выше качество работы и точность поддержания в том числе лучше держит параметры при изменении температуры.

На плате она обычно выглядит так, как показано на фото.

Выглядит он примерно как обычный транзистор в корпусе ТО-92, отличие только в маркировке. Данный вариант встречается чаще всего. Альтернативный вариант, который вы можете встретить, SMD корпус SOT-23.

Расположение выводов в разных вариантах корпуса.

Например в “народном” блоке питания применен SMD вариант корпуса. На фото видны резисторы делителя обратной связи и вспомогательные, например “подтяжки” к питанию чтобы сформировать минимальный рабочий ток для стабилитрона.

Еще пара фото, сверху платы ничего нет, а стабилитрон TL431 находится снизу.

Иногда в цепи обратной связи ставят подстроечный резистор. Но сначала я скажу пару слов о том, как рассчитывается делитель.
Если применяется стандартный делитель из двух резисторов, то его номиналы подбираются таким образом чтобы при требуемом выходном напряжении в точке соединения было 2.5 Вольта, именно на это напряжение и рассчитана TL431, но стоит учитывать, что есть и более низковольтный вариант этой микросхемы, на 1.25 Вольта, хотя встречается он гораздо реже.
Теперь к подстроечному резистору. Для большего удобства на плате может располагаться подстроечный резистор, позволяющий менять выходное напряжение в небольших пределах, чаще всего +/- 10-20%, больший диапазон не рекомендуется, так как Бп может вести себя нестабильно.
Подстроечный резистор всегда должен стоять последовательно с нижним резистором делителя, тогда в случае выхода его из строя вы получите на выходе Бп минимальное напряжение, а не максимальное, как если бы подстроечный резистор стоял сверху.
Кроме того подстроечные резисторы часто имеют низкую надежность, и если вам не нужна эта функция, то лучше заменить его на постоянный, предварительно подобрав его номинал.

Полностью на плате весь этот узел выглядит следующим образом.

Пару слов о выходном нагрузочном резисторе.
Импульсный блок питания плохо работает без нагрузки, потому параллельно выходу обычно ставят нагрузочный резистор, обеспечивающий минимально необходимую нагрузку при которой БП работает стабильно.
Есть и минус у данного решения, резистор обычно греется, причем иногда заметно. Кроме того этот резистор может греть конденсаторы если они стоят рядом, как на этом фото.

Иногда они греются так, что на плате становятся видны следы перегрева. Но кроме того этот нагрев может плохо сказываться на стабильности БП если он подогревает резисторы делителя обратной связи и они при этом применены обычного типа, а не точные/термостабильные.
Резисторы греются, параметры начинают меняться и меняется выходное напряжение БП, потому рекомендуется располагать резисторы делителя так, чтобы они не были подвержены нагреву, а кроме того лучше применять точные резисторы, на которые нагрев влияет существенно меньше.

Иногда производители неправильно выбирают номинал нагрузочного резистора и он начинает греться сильнее чем допустимо. Например в 24 Вольте версии “народного” блока питания как раз была такая ситуация, пришлось поменять его потом на резистор в два раза большего номинала.

Чтобы ваши блоки питания работали надежно, следует внимательно отнесись к подбору компонентов.
Диоды выбираются из расчета двухкратного запаса для двухтактной схемы и трехкратного для однотактной, например БП 5-7 Ампер, значит диод ставим на 15-20.
Напряжение должно быть не менее чем в четыре раза больше чем выходное у блока питания, если БП на 12 Вольт, то диод на 60, если на 24, то на 100.
Все эти параметры есть в даташите на диоды

Также они указаны на самих диодах.

Конденсаторы следует выбирать низкоимпедансные или LowESR, это также обычно отражено в даташите на компонент.
Емкость выбираем из расчета 0.5-1 тысяч мкФ на 1 Ампер выходного тока. Напряжение – для двухтактной схемы 1.5-2 раза выше чем выходное, для обратноходовой однотактной – не менее чем 2х от выходного.

По фирмам смотрим чтобы были известные бренды, но это я писал и в статье про входной фильтр, здесь рекомендации аналогичны.

С выходным дросселем все гораздо проще, номинальный ток дросселя не менее чем максимальный выходной ток блока питания. Лучше применить дроссель на больший ток, тогда его нагрев будет существенно меньше. Индуктивность 4.7-22мкГн, зависит от выходного тока, так как дроссель на большой ток и индуктивность будет весьма большим.

Обычно дроссели выполняются либо в виде “гантельки”, либо в “броневом” исполнении, вторые чаще предназначены для поверхностного монтажа.

В общих чертах на этом все, и конечно видеоверсия данной статьи. Как всегда буду рад вопросам и пожеланиям.

Как проверить блок питания компьютера на работоспособность?

Не включается компьютер — проблема стара, как мир и с ней рано или поздно сталкивается любой пользователь. Решить такую неисправность бывает довольно тяжело из-за того, что причиной может выступать абсолютно любая комплектующая. Многие юзеры проводят диагностику всего, чего только можно, но забывают проверить работу блока питания. А зря, зачастую именно он не позволяет вашему компьютеру запуститься нормально. В сегодняшней статье мы расскажем вам, как проверить блок питания на компьютере.

Признаки неисправного блока питания

Компьютерный блок питания (БП) выступает в роли посредника между электросетью и вашими комплектующими в системном блоке. Он преобразовывает переменное напряжение в постоянное и снабжает каждый компонент определенным уровнем энергии. Поэтому мы рекомендуем в случае проблем с запуском ПК, начинать диагностику с блока питания. По следующим признакам можно понять, что проблема заключается именно в БП:

1. Компьютер выключается сам по себе в любой момент времени.
2. Требуется несколько запусков ПК для успешной загрузки.
3. Кулер в блоке питания не крутится.
4. Компьютер стартует, но выключается через несколько секунд.

Перед диагностикой убедитесь, что мощности вашего блока питания хватает для того, чтобы обеспечить энергией каждую комплектующую. Очень часто случается, что пользователь меняет видеокарту на более мощную, а вот про блок питания забывает. В интернете можно найти множество ресурсов и программ, которые вам помогут рассчитать сколько ватт потребляет ваш ПК.

Существует несколько способов проверить состояние блока питания.

Визуальный осмотр блока питания

Одна из самых банальных и распространенных причин — неисправный кабель. Попробуйте его заменить и если ПК так же не включается, то придется разобрать блок питания и взглянуть на его внутренности.

Для это потребуется полностью отсоединить БП от корпуса и снять его каркас. Вы справитесь с помощью простой отвертки открутив несколько винтов. Первым делом проверьте конденсаторы: они не должны быть вздутыми и деформированными. Конечно, их можно перепаять на новые того же, или большего номинала (ни в коем случае нельзя перепаивать на меньший номинал!), но это не дает гарантии, что после ремонта блок будет рабочим. Также обратите внимание на кулер и проверьте его подшипник. Если во время тестов БП издает странные звуки, это первый признак изношенного подшипника. Впрочем, кулер можно очень просто заменить.

Проверяем блок питания на компьютере скрепкой

Перед проверкой БП полностью обесточьте компьютер. Помните, что блок питания работает при высоком напряжении в 220 Вольт! Затем откройте боковую крышку корпуса и отсоедините все провода, идущие от блока питания к другим компонентам системы: 20- или 24-pin коннектор для питания материнской платы, 4- или 8-pin коннектор для питания процессора, 4-8 pin коннектор для питания видеокарты (впрочем, он может быть и не подключен из-за того, что не все графические ускорители нуждаются в дополнительном питании и берут необходимую энергию через слот PCI-express) и другие устройства в виде жестких дисков и кулеров.

Затем возьмите самую обычную канцелярскую скрепку (можно заменить на любую проволоку, состоящую из материала способного проводить электрический ток) и согните ее в форме буквы «U».

Найдите 24-pin коннектор, который вы отсоединили от материнской платы. Выглядит он, как самая большая связка маленьких проводов. Вам нужно найти разъемы соответствующие зеленому проводу (он всегда один) и черному (можно выбрать любой, но обычно выбираю соседний). Замкните эти два разъема с помощью скрепки. Обязательно убедитесь, что концы скрепки примыкают к металлу внутри каждого контакта.

Затем включите блок питания в сеть. Он должен включиться, а кулер внутри должен крутиться. Если система охлаждения не работает, то проверьте температуру БП. Если он нагревается, то значит он работает, а вот кулер придется поменять. Однако факт того, что блок включился и работает — не говорит о том, что он полностью исправный. Требуется проводить дальнейшую диагностику.

Используем мультиметр

Если вы являетесь счастливым обладателем мультиметра, то вы с высокой вероятностью сможете определить работоспособность блока питания. Идея в том чтобы проверить вольтаж по разным линиям питания.

В том же состоянии (с замкнутой скрепкой и включенным блоком) измерьте уровень напряжения между оранжевым и черным проводом. Под нагрузкой рекомендованные значения должны находиться в диапазоне от 3,14 до 3,47 Вольта.

Затем проверьте напряжение между фиолетовым и черным контактом. Нормальные значения должны находиться в диапазоне от 4,75 до 5,25 Вольта. Также протестируйте напряжение между красным и черным проводом. Показатели должны колебаться около 5 Вольт, аналогично, как и в предыдущем случае.

В конце проведите замеры напряжения между желтым и черным контактом. Прибор должен выдавать от 11,4 до 12,6 Вольт.

Независимо от модели блока уровень напряжения не должен выходить за пределы нормы, которые описаны выше. В случае, если показания сильно отличаются от рекомендуемых параметров, БП можно считать частично неисправным и он, как минимум, требует ремонта.

Читайте также:

Теги блок питания

Как работает импульсный блок питания для чайников

Среди всех блоков питания можно выделить два основных типа:

• линейные;
• импульсные (инверторные) источники.

В подавляющем большинстве случаев линейный источник питания состоит из трансформатора, преобразующего переменное напряжение, силового выпрямителя, сглаживающего фильтра и стабилизатора. Линейные блоки питания наиболее просты в схемотехническом плане и имеют низкий уровень помех.

Самый крупный недостаток — большие габариты и вес понижающего трансформатора и низкий КПД, особенно в случае большой нестабильности входного напряжения. Массивный силовой трансформатор с большой тепловой инерционностью затрудняет даже принудительное охлаждение при больших нагрузках.

Основные отличия импульсных стабилизаторов.

Импульсные источники питания тоже имеют в составе понижающий трансформатор. Только в данном случае он работает на высокой частоте и имеет несравненно меньшие габариты и массу. Малые габариты элементов облегчают отвод тепла пассивными (применение радиаторов) и активными (вентиляторы) методами.

При фильтрации и стабилизации высокочастотного напряжения с выхода импульсного трансформатора упрощается построение выходных фильтров, поскольку для фильтрации пульсаций напряжения высокой частоты нужна меньшая емкость конденсаторов. Инверторным блокам питания присущи несколько существенных недостатков — сложное устройство, высокий уровень электромагнитных помех и, в некоторых случаях, гальваническая связь выходных и входных цепей.

Впрочем, отработанная схемотехника подобных устройств в настоящее время уже не считается сложной, а помехи снижаются путем грамотного расчета узлов и дополнительной экранировкой.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Импульсный блок питания состоит из следующих элементов:

• входной выпрямитель;
• блок конденсаторов;
• схема управления;
• выходные ключи;
• импульсный трансформатор;
• вторичные (выходные) стабилизаторы и фильтры.

За счет того, что входное напряжение сначала преобразуется в постоянное, а затем обратно в переменное, точнее, в импульсы высокой частоты, импульсный высокочастотный трансформатор имеет очень малые габариты. Трансформатор преобразует высокочастотное переменное напряжение, поступающее от мощных транзисторных выходных ключей, которые, в свою очередь управляются широтно-импульсным (ШИМ) контроллером.

Такое название схема управления получила из-за того, что изменяя частоту и ширину (длительность) импульсов, можно регулировать время открытия ключевых транзисторов, изменяя, таким образом, значение выходного напряжения.

На ШИМ – контроллер (обычно это одна специализированная микросхема), поступает напряжение обратной связи с выхода блока питания или иные управляющие сигналы. Таким образом можно получить любые алгоритмы стабилизации выходного напряжения.

Стоит отметить, что наибольшей сложностью обладают устройства, которые предназначены для формирования нескольких значений напряжения на выходе с высокими требованиями к стабильности каждого из них. Как пример можно назвать блоки питания персональных компьютеров, телевизоров и других сложных устройств.

Такие блоки питания, как зарядные устройства для мобильных телефонов или иных маломощных гаджетов содержат малогабаритные специализированные микросхемы, в которых уже интегрированы все необходимые элементы. Такие блоки содержат минимум деталей и ремонтируются только энтузиастами, поскольку стоимость отдельных элементов порой сравнима со стоимостью нового зарядного устройства.

Высокий уровень помех импульсных устройств обусловлен тем, что управляющие импульсы высокой частоты имеют практически прямоугольную форму и поэтому имеют высокий уровень гармонических составляющих в большом диапазоне частот. Мощные транзисторы в момент переключения также становятся сильными источниками электромагнитного излучения. Для снижения помех схемы обычно дополняются помехоподавляющими цепями и заключаются в экранирующий корпус.

Малые габариты устройства и наличие схемы управления позволяют дополнить схемотехнику самыми различными схемами контроля как входного, так и любых выходных цепей, включая программное управление характеристиками.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Импульсные блоки питания в настоящее время используются в подавляющем большинстве устройств мощностью от долей ватта до единиц киловатт. Верхний предел ограничен параметрами выпускаемых на текущий момент транзисторов. Это ограничение можно обойти довольно просто, соединяя несколько идентичных маломощных блоков питания параллельно.

Для одинаковой и равномерной нагрузки отдельных составляющих, они объединяются по сигналам обратной связи. Постоянное совершенствование технологии разработки и конструирования полупроводниковых приборов, создание новых классов транзисторов (IGBT, MOSFET) стимулирует создание все более мощных импульсных устройств.

Даже большое число параллельно включенных устройств по массе и габаритам значительно меньше аналогичного по мощности понижающего трансформатора стандартной частоты 50 Гц, поэтому очень часто делают некоторый избыток блоков для того, чтобы при выходе одного из них он автоматически выключался и работа устройств не нарушалась.

Сам принцип работы обеспечивает широкий диапазон допустимого входного напряжения. Например импульсные блоки питания бытовых устройств при нормальном напряжении сети 220 В, способны работать вплоть до диапазона 80 — 250 В, то есть при таких напряжениях, когда обычный линейный стабилизатор выходит из границ стабильной работы.

ТИПОВЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И РЕМОНТ

Как ни странно будет звучать, но импульсным блокам питания гораздо страшнее низкое входное напряжения, чем высокое. Верхний предел обычно ограничен номинальным напряжением электролитических конденсаторов фильтра и допустимым обратным напряжением выпрямительных диодов.

Многие импульсные блоки питания нестабильно работают, когда нагрузка выхода имеет малое значение или вообще отсутствует. Отсутствие обратной связи на входе ШИМ контроллера приводит к тому, что транзисторные ключи полностью открываются и блок выходит из строя буквально через несколько минут. Соответствующие схемные решения позволяют избавиться от такого недостатка.

Наиболее часто неисправности импульсных блоков питания вызываются:

• выходом из строя диодов выпрямительного моста;
• электролитических конденсаторов сглаживающего фильтра;
• ключевых транзисторов.

Такое обычно происходит в случае сильно завышенного входного напряжения или длительной работы при пониженном. В подавляющем большинстве случаев даже нет необходимости в измерительных приборах — повреждения видны невооруженным глазом по разрушенным и вздувшимся элементам.

Гораздо реже выходят из строя элементы управляющей схемы (ШИМ-контроллера) и обратной связи. В данном случае без измерений не обойтись.

Крайне редки случаи повреждения импульсного трансформатора. Обычно их габариты позволяют выполнять сборку с большими запасами по току и мощности. Поэтому неисправности случаются только при некачественном выполнении.

Практика ремонтов показывает, что львиная доля неисправностей происходит по причине крайне низкого качества некоторых типов электролитических конденсаторов. Падение емкости или большое внутреннее сопротивление конденсаторов выходных цепей может приводить к неправильной работе обратной связи, в результате чего выходное напряжение перестает соответствовать норме.

Обычно ремонт серьезных импульсных блоков питания требует несколько большей квалификации специалистов, чем ремонт традиционных схем и требует таких измерительных приборов, как осциллограф.

Часть элементов схемы блока питания находится под напряжением сети. Это выпрямительные диоды, конденсаторы, ключевые транзисторы и первичная обмотка импульсного трансформатора.

Ремонт таких устройств можно выполнять только при отключенном блоке с разряженными конденсаторами фильтра. В крайнем случае можно производить некоторые работы и под напряжением, но только с обязательной гальванической развязкой блока от питающей сети через разделительный трансформатор.

При прикосновении к корпусу прибора можно получить удар электрическим током, опасным для жизни. Для обеспечения безопасности, все импульсные блоки питания должны быть в обязательном порядке заземлены или иметь корпус из изоляционного материала.

Современное бытовое оборудование и часть промышленного позволяют производить заземление непосредственно через шнур питания. Для этого в паре розетка — вилка предусмотрены отдельные контакты для подключения заземления.

© 2012-2019 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Давно прошли времена, когда блоки питания на различное оборудование были трансформаторными. Многие молодые люди даже и не знают, как они выглядели. На сегодняшний день очень широкое распространение получил импульсный источник питания (или ИБП), и это не удивительно. Меньшая стоимость, отсутствие посторонних шумов при работе, более компактный размер и в то же время меньшее потребление электроэнергии вследствие более высокого коэффициента полезного действия — все эти преимущества в сумме и решили судьбу трансформаторных блоков, конечно, не в их пользу.

А все-таки, что такое импульсный блок питания? И каким же образом разработчикам удалось добиться подобного результата? Сейчас попробуем найти ответ на этот вопрос, разобраться в достоинствах (а может быть и недостатках) импульсного источника питания, а также понять схему и принцип работы подобного устройства.

Как работает импульсный блок питания

Принцип работы импульсного блока питания в корне отличается от действия обычного, трансформаторного блока питания. Изначально напряжение в 220 В проходит через диодный мост, после чего прямой ток поступает в инвертор, т.е. преобразователь напряжения в токи высокой частоты. Это действие может выполняться либо посредством гальванического отделения питающей сети от входной цепи, либо без такового.

Если гальваническая развязка присутствует, то высокочастотный ток подвергается ей при помощи трансформатора. Причем, чем выше будет частота импульсов, тем эффективнее будет работать трансформатор.

Само действие такого БП основывается на применении трех элементов, которые содержит схема импульсного блока. Они четко взаимодействуют между собой в процессе работы. Элементы эти следующие:

• контроллер широтно-импульсного модулятора;
• транзисторный блок, который может быть включены по одной из схем — мостовой, полумостовой или же по схеме со средней точкой;
• импульсный трансформатор, у которого имеется первичная и вторичная обмотки, смонтированные на магнитопроводе.

При условии отсутствия гальванической развязки высокочастотного трансформатора тока в схеме нет, а сигнал подается сразу на фильтры НЧ. По сути, все схемы импульсных источников питания идентичны.

Далее попробуем более детально разобрать, как работает каждый из этих трех элементов.

Контроллер широтно-импульсной модуляции

Наверное, не нужно объяснять, что контроллер — это управляющее чем-либо устройство. Если разбирать именно ШИМ в импульсном блоке, то тут закладывается задача создания токов с одной частотой, но с различной длительностью включения. Логической единицей выступает, естественно, сам импульс, ну а нулем — его отсутствие.

Импульсы обусловлены одинаковым периодом колебания, т.е. амплитуда их величин равна. А вот работой электронной схемы позволяет управлять именно отношение продолжительности к самому периоду.

Для того чтобы проще было понять изложенное, можно обратиться к схематическому изображению.

Принимая во внимание, что частота тока в сети 220 В равна 50 Гц, можно себе представить, насколько сложна работа, выполняемая контроллером и модулятором ШИМ. Обычно на его выходе образуется ток, с частотой порядка 30-60 кГц.

Вообще, широтно-импульсная модуляция в наше время применяется во многих устройствах. И самый яркий тому пример — инверторные сварочные аппараты, где как раз при помощи ШИМ удалось снизить габариты и массу устройства в десятки раз по сравнению с обычными трансформаторными агрегатами.

Транзисторный блок, или каскад силовых ключей

Мощные полевые или IGBT-транзисторы образуют каскад, который также может управляться и менее мощными элементами либо интегральными драйверами. Собраны эти транзисторы могут быть в одну из трех схем: мостовую, полумостовую либо со средней точкой.

Вот, собственно, и все, что можно сказать о силовых ключах импульсного блока питания.

Импульсник, или блок без гальваники

Импульсник, т.е. высокочастотный трансформатор, может быть собран на основе ферритового или альсиферового кольца, на котором и размещены первичная и вторичная обмотки. Они могут выдавать высокочастотный ток с импульсом до 100 кГц. Их работу дополняют различные фильтрующие элементы и диоды.

Если же гальваническая развязка в подобном БП отсутствует, то сигнал напрямую будет поступать на низкочастотный фильтр без какой-либо трансформации. Наглядно это показано на схематическом изображении.

Преимущества и недостатки ИБП

Конечно, как и любое другое электронное устройство, подобный блок питания имеет как свои достоинства, так и недостатки. Конечно, т.к. этот БП является более высокотехнологичным прибором, положительных качеств в нем намного больше, чем отрицательных, но все же есть необходимость объективного рассмотрения, а потому умалчивать о минусах тоже не стоит. Но все же, для начала перечислим плюсы, а после будем разбирать их подробнее.

Основными и несомненными достоинствами импульсного блока питания являются:

• более легкий вес;
• высокий коэффициент полезного действия;
• низкая цена;
• широкий диапазон токов;
• присутствие защиты от различных факторов.

Ну а теперь остановимся на каждом из пунктов подробнее.

Преимущества

1. Малый вес и габариты достигаются за счет импульсной технологии, повышения частоты тока, а значит и уменьшения трансформаторных установок. В ИИП не требуется крупногабаритных радиаторов и обмоток. Также сокращена и емкость конденсаторов. К тому же схема выпрямления упрощается до элементарной — однополупериодной.
2. Естественно, что у трансформаторных блоков питания большая часть энергии уходит на прогрев, в результате чего падает КПД. У импульсных БП незначительная часть этой энергии теряется на каскадах силовых ключей. После уже все транзисторы стабильны, а потому коэффициент полезного действия у таких БП может достигать 97%.
3. Стоимость этих устройств снижается за счет расширения производства элементов для сборки подобной схемы. Они и непосредственно после появления на рынке стоили немного, а сейчас, когда ими насыщены все области продаж, их стоимость падает все ниже. Можно добавить, что и полупроводники возможно использовать менее мощные благодаря управляемым ключам.
4. Широкий диапазон достигается как раз благодаря импульсным технологиям. Допускается питание разной частоты и амплитуды, что не может не сказаться и на расширении областей их применения.
5. На основании того, что модули полупроводников достаточно малы, появляется возможность встраивания дополнительных блоков защиты (от короткого замыкания, перегрева, перегрузки и т.п.).

Недостатки

Если разговор зашел о плюсах, то не стоит оставлять без внимания и минусы, хотя их и ничтожно мало. Основным недочетом в работе импульсных блоков питания можно назвать высокочастотные помехи. Они естественны, т.к. само устройство работает именно на них. Как раз по этой причине используется различное шумоподавление, которое, впрочем, до конца проблему не решает.

А потому подобные ИБП не используются на некоторых высокоточных измерительных приборах.

Еще одним недостатком можно назвать некорректную работу на сверхнизких и сверхвысоких частотах — такие «стрессовые» токи могут либо вывести прибор из строя, либо на выходе он будет выдавать искаженное напряжение, не соответствующее заявленным техническим характеристикам.

Подведем итог

Очень хотелось объяснить, что означает импульсный блок питания для чайников, но вопрос этот сложен, а потому получилось ближе к научному пояснению. Если обобщить изложенную информацию, то импульсные блоки питания действительно стали прорывом в своей области электроники. По сравнению с трансформаторными блоками, такие ИБП намного экономичнее, производительнее, меньше и легче. И что самое интересное — при всех своих преимуществах они еще и дешевле аналоговых.

Конечно, технологии не стоят на месте, прогрессируя с каждым годом. Возможно, что скоро появятся еще более высокотехнологичные зарядные устройства или блоки питания. Но на сегодняшний день ИБП являются верхом инженерной мысли, а потому они стоят нашего внимания.

Импульсный блок питания служит для преобразования входного напряжения до величины, необходимой внутренним элементам устройства. Иное название импульсных источников, получившее широкое распространение, – инверторы.

Что это такое?

Инвертор – это вторичный источник питания, который использует двойное преобразование входного переменного напряжения. Величина выходных параметров регулируется путем изменения длительности (ширины) импульсов и, в некоторых случаях, частоты их следования. Такой вид модуляции называется широтно-импульсным.

Принцип работы импульсного блока питания

В основе работы инвертора лежит выпрямление первичного напряжения и дальнейшее его преобразование в последовательность импульсов высокой частоты. Этим он отличается от обычного трансформатора. Выходное напряжение блока служит для формирования сигнала отрицательной обратной связи, что позволяет регулировать параметры импульсов. Управляя шириной импульсов, легко организовать стабилизацию и регулировку выходных параметров, напряжения или тока. То есть это может быть как стабилизатор напряжения, так и стабилизатор тока.

Количество и полярность выходных значений может быть самым различным в зависимости от того, как работает импульсный блок питания.

Разновидности блоков питания

Применение нашли несколько типов инверторов, которые отличаются схемой построения:

Первые отличаются тем, что импульсная последовательность поступает непосредственно на выходной выпрямитель и сглаживающий фильтр устройства. Такая схема имеет минимум комплектующих. Простой инвертор включает в себя специализированную интегральную микросхему – широтно-импульсный генератор.

Из недостатков бестрансформаторных устройств главным является то, что они не имеют гальванической развязки с питающей сетью и могут представлять опасность удара электрическим током. Также они обычно имеют небольшую мощность и выдают только 1 значение выходного напряжения.

Более распространены трансформаторные устройства, в которых высокочастотная последовательность импульсов поступает на первичную обмотку трансформатора. Вторичных обмоток может быть сколько угодно много, что позволяет формировать несколько выходных напряжений. Каждая вторичная обмотка нагружена на собственный выпрямитель и сглаживающий фильтр.

Мощный импульсный блок питания любого компьютера построен по такой схеме, которая имеет высокую надежность и безопасность. Для сигнала обратной связи здесь используется напряжение 5 или 12 Вольт, поскольку эти значения требуют максимально точной стабилизации.

Использование трансформаторов для преобразования напряжения высокой частоты (десятки килогерц вместо 50 Гц) позволило многократно снизить их габариты и массу и использовать в качестве материала сердечника (магнитопровода) не электротехническое железо, а ферромагнитные материалы с высокой коэрцитивной силой.

На основе широтно-импульсной модуляции построены также преобразователи постоянного тока. Без использования инверторных схем преобразование было связано с большими трудностями.

Схема БП

В схему самой распространенной конфигурации импульсного преобразователя входят:

• сетевой помехоподавляющий фильтр;
• выпрямитель;
• сглаживающий фильтр;
• широтно-импульсный преобразователь;
• ключевые транзисторы;
• выходной высокочастотный трансформатор;
• выходные выпрямители;
• выходные индивидуальные и групповые фильтры.

Назначение помехоподавляющего фильтра состоит в задерживании помех от работы устройства в питающую сеть. Коммутация мощных полупроводниковых элементов может сопровождаться созданием кратковременных импульсов в широком спектре частот. Поэтому здесь необходимо в качестве проходных конденсаторов фильтрующих звеньев использовать разработанные специально для этой цели элементы.

Выпрямитель служит для преобразования входного переменного напряжения в постоянное, а установленный следом сглаживающий фильтр устраняет пульсации выпрямленного напряжения.

В том случае когда используется преобразователь постоянного напряжения, выпрямитель и фильтр становятся ненужными, и входной сигнал, пройдя цепи помехоподавляющего фильтра, подается непосредственно на широтно-импульсный преобразователь (модулятор), сокращенно ШИМ.

ШИМ является самой сложной частью схемы импульсного источника питания. В его задачу входят:

• генерация высокочастотных импульсов;
• контроль выходных параметров блока и коррекция импульсной последовательности в соответствии с сигналом обратной связи;
• контроль и защита от перегрузок.

Сигнал с ШИМ подается на управляющие выводы мощных ключевых транзисторов, включенных по мостовой или полумостовой схеме. Силовые выводы транзисторов нагружены на первичную обмотку выходного трансформатора высокой частоты. Вместо традиционных биполярных транзисторов используются IGBT- или MOSFET-транзисторы, которые отличаются малым падением напряжения на переходах и высоким быстродействием. Улучшенные параметры транзисторов способствуют уменьшению рассеиваемой мощности при одинаковых габаритах и технических параметрах конструкции.

Выходной импульсный трансформатор использует одинаковый с классическим принцип преобразования. Исключением является работа на повышенной частоте. Как следствие, высокочастотные трансформаторы при одинаковых передаваемых мощностях имеют меньшие габариты.

Напряжение со вторичной обмотки силового трансформатора (их может быть несколько) поступает на выходные выпрямители. В отличие от входного выпрямителя, диоды выпрямителя вторичной цепи должны иметь повышенную рабочую частоту. Наилучшим образом на данном участке схемы работают диоды Шоттки. Их преимущества перед обычными:

• высокая рабочая частота;
• сниженная емкость p-n перехода;
• малое падение напряжения.

Назначение выходного фильтра импульсного блока питания – снижение до необходимого минимума пульсаций выпрямленного выходного напряжения. Поскольку частота пульсаций намного выше, чем у сетевого напряжения, то нет необходимости в больших значениях емкости конденсаторов и индуктивности у катушек.

Сфера применения импульсного блока питания

Импульсные преобразователи напряжения применяются в большинстве случаев вместо традиционных трансформаторных с полупроводниковыми стабилизаторами. При одинаковой мощности инверторы отличаются меньшими габаритными размерами и массой, высокой надежностью, а главное – более высоким КПД и возможностью работать в широком диапазоне входного напряжения. А при сравнимых габаритах максимальная мощность инвертора в несколько раз выше.

В такой области, как преобразование постоянного напряжения, импульсные источники практически не имеют альтернативной замены и способны работать не только по понижению напряжения, но и вырабатывать повышенное, организовывать смену полярности. Высокая частота преобразования существенно облегчает фильтрацию и стабилизацию выходных параметров.

Малогабаритные инверторы на специализированных интегральных микросхемах используются в качестве зарядных устройств всевозможных гаджетов, а их надежность такова, что срок службы зарядного блока может превосходить время работоспособности мобильного устройства в несколько раз.

Драйверы питания на 12 Вольт для включения светодиодных источников освещения также построены по импульсной схеме.

Как сделать импульсный блок питания своими руками

Инверторы, особенно мощные, имеют сложную схемотехнику и доступны для повторения только опытным радиолюбителям. Для самостоятельной сборки сетевых источников питания можно рекомендовать несложные маломощные схемы с использованием специализированных микросхем ШИМ-контроллеров. Такие ИМС имеют малое количество элементов обвязки и имеют отработанные типовые схемы включения, которые практически не требуют регулировки и настройки.

При работе с самодельными конструкциями или ремонте промышленных устройств необходимо помнить, что часть схемы всегда будет находиться под потенциалом сети, поэтому требуется соблюдать меры безопасности.

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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. Проверить состояние элементов первичной цепи (тех, которые установлены рядом с термистором и предохранителем).
5. Осмотреть конденсаторы. Если внешних признаков повреждения не обнаружено, можно выпаять эти элементы и проверить мультиметром.
6. Достать кулер, смазать машинным маслом его подшипники и затем установить вентилятор на место.
7. Мультиметром измерить сопротивление каждого диода в мосту. Если сопротивление различается — требуется замена неисправного элемента. Неработающие компоненты заменяются на диоды Шоттки.
8. 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.
9. 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.

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

Главные функции блока питания

Непосредственная задача компьютерного блока — правильно преобразовывать приходящий переменный ток 220 Вольт в три разных постоянных напряжения. Это поможет существенно снизить нагрузку на материнскую плату, а также её отдельные комплектующие. Кроме того, устройство способно стабилизировать периодические скачки нагрузки на видеокарту, а без него деталь запросто выйдет из строя.

Качественное приспособление способно наладить стабильность работы, поддерживая всегда одинаковое напряжение. В блоке питания установлен мощный вентилятор, который способствует оперативному охлаждению воздуха в камере системного блока ПК. От показателей питающего приспособления зависит, сможет ли компьютер справится с нагрузкой, которая зачастую оказывается на операционную систему вследствие загрузки всех деталей.

Внешний вид и размеры прибора никак не влияют на его работоспособность.

Преобразователь импульсного напряжения: объяснение простыми словами с поясняющими картинками

Правило №4: выпрямленный сигнал подвергается широтно-импульсной модуляции на силовом ключе под управлением ШИМ контроллера.

Силовой ключ выполняется первичной обмоткой высокочастотного трансформатора. Для эффективной трансформации в/ч импульсов до 100 килогерц конструкцию магнитопровода делают из альсифера или ферритов.

На обмотку трансформатора от цепей управления через в/ч транзистор поступают импульсы сигналов в несколько десятков килогерц.

Прямоугольные импульсы тока подаются по времени, чередуются с паузами, обозначаются единицей (1) и нулем (0).

Продолжительность протекания импульса или его ширина в каждый момент низкочастотного синусоидального напряжения соответствует его амплитуде: чем она больше, тем шире ШИМ. И наоборот.

ШИМ контроллер отслеживает величину подключенной нагрузки на выходе импульсного блока питания. По ее значению он вырабатывает импульсы, кратковременно открывающие силовой транзистор.

Если подключенная к ИБП мощность начинает возрастать, то схема управления увеличивает длительность импульсов управления, а когда она снижается, то — уменьшает.

За счет работы этой конструкции производится стабилизация напряжения на выходе блока в строго определенном диапазоне.

Устройство и принцип действия

Ваш компьютер тоже подключается напрямую к электросети? Зачастую это именно так, соответственно, устройство подвергается риску перегорания. Чтобы снизить эту вероятность до минимума целесообразно покупать качественный блок питания. Но для понимания главных целей этого механизма, целесообразно изучить его составляющие.

1. Входной фильтр. Это механизм, принимающий ток электрической сети с показателем 220 В и преобразующий его в оптимальный для операционной системы. На данном этапе происходит снижение пульсаций и устранение приходящих помех.
2. Импульсный трансформатор способствует разделению большой силы переменного тока на несколько небольших постоянных. Именно за счёт этого комплектующего напряжение 220 В снижается в разы.
3. Инвертор напряжения повышает сетевую частотность с 50 Гц до сотен кГц, что позволяет сохранить мощность и размер установки.
4. Дежурный трансформатор и контроллер, который управляет способностью блока питания запускаться автоматически при каждом включении компьютера.
5. Выпрямитель сигнала переменного тока предназначен для сглаживания пульсации.
6. Групповой стабилизатор. Такой механизм присутствует не во всех моделях БП (блоков питания), а только в более дорогих.
7. Сигнальные узлы запускают схему, контролирующую и пропускающую напряжение к материнской плате системного блока.
8. Встроенный вентилятор, диаметром 120 мм. Он способствует активному охлаждению всего блока.

Более подробное расположение деталей в компьютерном запитывающем устройстве смотрите на схеме в инструкции к приспособлению.

Модели, которые предусматривают возможность отключения жгутов от неработающих устройств, считаются одними из престижнейших среди аналогов. В эру флеш-накопителей практически никто не пользуется DWD-ромом, поэтому его разрешено отключить от питания.

Сетевой выпрямитель напряжения: самая популярная конструкция

Правило №3: после выхода с фильтра напряжение подается на схему выпрямителя, состоящего в базовой версии из диодного моста и электролитического конденсатора.

В ходе электрического преобразования форма синусоиды, состоящая из полуволн противоположных знаков, вначале меняется на сигнал положительного направления после диодной сборки, а затем эти пульсации сглаживаются до практически постоянной амплитудной величины 311 вольт.

Такой сетевой выпрямитель напряжения заложен в работу всех блоков питания.

Разновидности блоков питания для компьютера

Практически каждый системный блок питания для ПК отличается своими конструктивными особенностями друг от друга. На данном этапе целесообразно выделить несколько видов и рассмотреть особенности их функционирования.

• модульные механизмы — это устройства, которые дают возможность не запитывать детали системного блока, если они не используются;
• механизмы с пассивным охлаждением. Такие устройства не имеют встроенного вентилятора, однако неплохо справляются со своими задачами. Данные варианты отличаются работой с низким уровнем шума;
• полупассивные механизмы. Такие предусматривают наличие мощного и габаритного охлаждающего вентилятора, в дополнение к которому идёт управляющий контроллер.

Давайте разберёмся в некоторых технологических особенностях существующих механизмов. В производстве электропитающих блоков присутствует понятие форм-фактор. Это означает то, что некоторые детали механизма взаимозаменяемы. В случае если они выйдут из строя, можно использовать аналогичные, например, от другой модели.

Качественные и дорогостоящие модели блоков питания не создают лишнего шума и треска.

В декабре прошедшего года торговая марка Intel выпустила новую версию материнской платы, которая относится к семейству microATX. Для таких системных деталей предусматривается и индивидуально изготовленный блок питания типа Small Form Factor.

Критерии выбора блока питания для компьютера

Перед покупкой стоит подумать, какой из БП для ПК лучше приобрести, ведь некачественное устройство с поломкой конкретных деталей может «потянуть» за собой подключенные комплектующие самого системного блока. Это может стать причиной возгорания и, как следствие, выхода компьютера из строя. Поэтому давайте обратим внимание на это, чтобы не столкнуться с похожей проблемой.

Выбирайте модель блока питания с качественным корпусом и надёжными крепежами.

Учитывайте мощность и форм-фактор

В первую очередь пользователь без опыта должен обращать внимание на то, какой форм-фактор имеет блок питания. Важно, чтобы он помещался в системный блок ПК. Чтобы это выяснить, стоит отметить несколько разновидностей электропитающих приборов в зависимости от их размера:

• ATX — такой вариант максимально подходит под стандартные системники, соответственно, подходит для использования на домашнем ПК;
• SFX — этот вариант поместится в небольшие системные блоки, которые считаются усовершенствованными и выпускаются в наше время. Зачастую похожие варианты выбираются для детских компьютеров или офисных машин;
• TFX — модель предназначена для дескоптных системников. Они имеют узкие размеры, соответственно, стандартный блок питания к ним не подходит;
• FLEX — предназначена также для нестандартно малогабаритных системных блоков. Обычно в таких корпусах ниша под адаптер заужена, поэтому и устройство питания должно быть соответствующим.

Что можно сказать о мощности? В первую очередь её необходимо определить у системного блока. Для этого рекомендуется изучить обзор каждой комплектующей и узнать соответствующий показатель потребления. Как вариант: зайдите на официальный сайт производителя деталей машины и сложите показатели каждого. Полученная сумма и будет иметь общую мощность, по которой и следует покупать БП.

Требуемую мощность блока питания можно рассчитывать автоматически специальными сервисами.

Существует способ попроще – подойдёт больше для любителей, которые всерьёз никогда не занимались компьютерами. Всё, что вам нужно делать, это определить мощность материнской платы и видеокарты. Как правило, остальные детали потребляют мизерную часть электроэнергии. На основании полученной суммы необходимо покупать блок питания. Тем не менее, стоит выбирать модель, которая имеет некоторый запас мощности, чтобы устройство не находилось постоянно в нагрузке. Рассмотрим, как варьируется этот показатель на современных модификациях БП.

1. Маломощные — от 200 до 400 Вт.
2. Средней мощности — от 400 до 600 Вт.
3. Высокой мощности — от 650 и выше.

Модели блоков питания, которые имеют показатель 650 Вт и более, устанавливают на игровые компьютеры, поэтому для домашнего или рабочего системного блока тратить большие деньги не рационально.

Разъёмы для питания материнской платы и видеокарты

Когда с мощностью закончили и присмотрели подходящий вариант питающего приспособления, важно определить достаточным ли количеством разъёмов обладает блок питания. Стандартно нужны выходы под питание видеокарты и материнской платы. Также адаптер подключается к жёстким дискам и, если есть, дополнительные SATA накопители.

Оседающая пыль на вентиляторе блока питания небезопасна: она может вызвать перегрев блока, а также вывести его из строя.

К примеру, у пользователя имеется многопроцессорный ПК, соответственно, к нему больше подойдёт блок БП с двумя коннекторами 8 pin. Для мощных системников с несколькими видеокартами важно иметь БП с разъёмами 6+2 pin. Для запаса необходимо, чтобы устройство оснащалось, как минимум четырьмя разъёмами для SATA.

К СВЕДЕНИЮ!

Обязательно обращайте внимание на длину провода ATX24 и CPU – их должно хватать до каждой детали. Варианты с показателем длины менее 65 см не всегда подходят. Это ещё зависит от размера самого корпуса системного блока.

Интерфейс подключения внутренних накопителей и периферийных устройств

В качестве дополнения следует сказать о таких разъёмах как SATA – они в новых моделях блоков питания имеют совершенно иной интерфейс и внешний вид провода. Ранее вместо такой комплектации применялся интерфейс IDE, что не всегда было удобно при коммутации различных деталей системника.

SATA — это и есть интерфейс блока питания, который выполнен в виде нового разъёма для подключения.

По внешнему виду разъёмы IDE и SATA существенно отличаются, соответственно, первые имеют некоторые минусы относительно вторых.

1. SATA работает в несколько раз быстрее, чем IDE.
2. Провод IDE намного шире обновленного, поэтому занимает много места и к новым типам винчестеров уже не подходит (если только у вас модель не имеет два типа соединений).
3. Копирование информации или перенос крупных данных выполняется оперативнее на SATA.

Отталкиваясь от предложенных факторов, стоит отметить, что даже для рабочих компьютеров необходимо выбирать модели с интерфейсом разъёмов SATA.

Дополнительные особенности компьютерных блоков питания

Исходя из того, что все действующие детали системы ПК нуждаются в питании, необходимо выяснить его показатель КПД. Определимся для начала, что представляет собой коэффициент полезного действия: это общее количество энергии, которое необходимо для полезной работоспособности компьютера; как правило, её остатки превращаются в тепло.

Все устройства оснащаются специальным сертификатом, на котором указывается данный показатель.

Тип устройства	Напряжение в электросети 220 V
Процент нагрузки, %	10	20	50	100
80 PLUS Bronze	—	81	85	81
80 PLUS SILVER	—	85	89	85
80 PLUS PLATINUM	—	90	94	91
80 PLUS GOLD	—	88	92	88

Подключая разъёмы к деталям системного блока, главное не перепутать их, поэтому нужно следить за маркировкой.
Хороший уровень КПД отличается несколькими преимуществами:

• чем лучше показатель КПД, тем эффективнее расходуется электроэнергия независимо от мощности блока питания;
• имеет минимальный показатель нагрева, соответственно, охлаждение и рассеивание тепла происходит быстрее;
• длительный срок службы;
• минимальный уровень шума, так как устройство не работает в полную нагрузку;
• качественное питание для всех комплектующих без существенных погрешностей.

Новые модели устройств имеют встроенный активатор типа Active Power Factor Correction, который распространяется на усовершенствование КПД и правильное питание ПК в целом.

Если в блоке питания установлена подсветка, она никакого результата не даёт, кроме эстетического.

Защитные опции компьютерных блоков питания

Не менее важно иметь надёжный блок питания, а именно такой, который после небольших сбоев в работе продолжит действие в штатном режиме. Чтобы обзавестись таким прибором, вам необходимо убедится в наличии на нём защитных опций. О чём идет речь, смотрим далее.

1. Защита от перепадов напряжения. Это очень полезная функция, главным действующим элементом которой является стабилизатор: он способен уберечь блок питания от сгорания.
2. Защита от электрической перегрузки. Сила тока, передаваемая от сети к блоку питания, имеет превышенную величину, поэтому разветвляется на оптимальное количество Вольт для стабильной работы ПК. При правильно установленной защите происходит её срабатывание, как только сила тока в блоке достигнет 20-25 А.
3. Защита от короткого замыкания. Для этого в БП устанавливается специальная схема SCP, которая уже несколько десятков лет рекомендует себя как качественный и долговечный механизм. База этой схемы — пара транзисторов.
4. Защита от перегрева. Неотъемлемая функция практически каждого блока. ОТР выполняет защитное отключение в тот момент, когда температура платы достигнет предельного значения.
5. Защита по питанию. Опциональный вид защиты OPP или OPL — он реализуется при помощи специально установленного контроллера. Система предназначена для осуществления контроля за приходящим током. В случае, если превышается допустимый порог, блок питания отключает весь системный блок.

Если в БП имеется целый комплекс систем, которые осуществляют свою работу на качественном уровне, то подобные модели прослужат длительное время.

Некоторые блоки оснащены специальным крепежом для фиксации в корпусе ПК.

Немного теории

Но прежде чем мы начнем копаться во внутренностях, давайте зададимся вопросом, действительно ли блок питания настолько необходим? Почему нельзя подключить компьютер напрямую к розетке? Ответ заключается в том, что компьютерные комплектующие рассчитаны на совсем другое напряжение, нежели сетевое.

На графике ниже показано, каким должно быть электричество сети (в США = синяя и зеленая кривые; Великобритания = красная кривая). Ось X представляет время в миллисекундах, а ось Y – напряжение (voltage) в вольтах. Проще всего понять, что такое напряжение, глядя на разность энергий между двумя точками.

Если напряжение приложено к проводнику (например, к металлической проволоке), разница в энергии заставит электроны в материале проводника течь от более высокого энергетического уровня к более низкому. Электроны – составляющие атомов, из которых состоит проводник, и металлы имеют много электронов, которые могут свободно перемещаться. Этот поток электронов называется током (current) и измеряется в амперах.

Хорошую аналогию можно провести с садовым шлангом: напряжение сродни давлению, которое вы используете, а расход воды – это ток. Любые ограничения и препятствия в шланге – по сути как электрическое сопротивление.

Мы видим, что электричество в сети варьируется с течением времени, из-за чего оно называется напряжением переменного тока (AC, alternating current). В США сетевое напряжение меняется 60 раз в секунду, достигая пиковых значений 340 В или 170 В, в зависимости от местоположения и способа подключения. В Великобритании пиковые напряжения пониже, и частота этих колебаний также немного отличается. Большинство стран придерживаются схожих стандартов сетевого напряжения, и лишь в немногих странах пиковые напряжения более низкие или более высокие.

Потребность в блоке питания заключается в том, что компьютеры не работают с переменным током: им нужно постоянное напряжение, которое никогда не меняется, и кроме того – гораздо более низкое. На том же графике оно будет выглядеть примерно вот таким:

Но современному компьютеру требуется не одно постоянное напряжение, а четыре: +12 вольт, -12 вольт, +5 вольт и +3,3 вольта. И поскольку эти значения не меняются, такой ток называется постоянным (DC, direct current). Преобразование тока из переменного в постоянный (т.н. выпрямление) – одна из основных функций блока питания. Пришло время вскрыть его и посмотреть, как он это делает!

Преобразование тока из переменного в постоянный – одна из основных функций PSU. Пришло время посмотреть, как он это делает!

Здесь мы должны предупредить вас, что в блоке питания есть элементы, накапливающие электричество, в том числе смертельное. Поэтому разбирать PSU потенциально опасно.

Официальное фото блока питания Cooler Master.
Принцип работы этого блока питания аналогичен многим другим, и хоть маркировки на различных деталях внутри будут отличаться, принципиальных различий это не делает.

Разъём сетевого шнура находится в верхнем левом углу фотографии, и ток по сути идет по часовой стрелке, пока не достигнет выхода из блока питания (пучок цветных проводов, нижний левый угол).

Источник фото
techspot.com
Если мы перевернем плату, мы увидим, что по сравнению с материнской платой, проводники и соединения на ней более широкие и массивные – это потому, что они рассчитаны на более высокие токи. Также, бросается в глаза широкая полоса в середине, будто текущая по равнине река.

Это снова говорит о том, что все блоки питания имеют два четко разделённых узла: первичный и вторичный. Первый – это настройка входного напряжения, чтобы его можно было эффективно понижать; второй – это все настройки уже выпрямленного и пониженного напряжения.

Как устроена система охлаждения блоков питания

Всего имеется три зоны отвода горячего воздуха. Осуществляется процесс охлаждения тремя вентиляторами, которые размещаются у центрального процессора, видеокарты и на самом блоке питания. Одним из распространенных способов охладить блок питания для ПК является внедрение кулера диаметром 80 мм. После того как блок запускается, вентилятор начинает свою работу и распределяется внутри компьютера, отдавая охлаждённый поток воздуха требовательным зонам. Именно таким образом работают приборы АТХ12Vи СFХ12V.

Если взять, к примеру, модель STX12V, то здесь всё устроено несколько иначе: здесь устанавливаются вентиляторы, не превышающие в диаметре 60 мм. Как правило, это одни из дорогих моделей, которые имеют возможность настраивать скорость движения ротора вентиляторов.

Блоки, которые не оснащены вентилятором, имеют другой тип охлаждения.

Некоторые модели БП регулируют скорость автоматически только с того момента, как на процессор даётся повышенная нагрузка. За счёт наличия терморегулятора скорость вращения кулера начинает варьироваться от 1000 до 3000 об/мин.

Большое значение в охлаждении имеет тип решётки вентилятора. Наиболее актуальной считается изготовленная из проволочной стали с небольшим сечением. Эта конструкция быстрее передает поток воздуха внутрь системного блока.

Преобразование

Как мы уже сказали, блоку питания нужно изменить напряжение переменного тока, которое в американских розетках обычно в районе 120 вольт (технически, это среднеквадратичные 120 вольт, но мы не будем так язык выламывать), получив на выходе постоянное напряжение 12, 5 и 3,3 вольт.

Первым делом осуществляется преобразование переменного тока в постоянный, и наш блок использует для этого выпрямительный мост. На фото ниже это плоский черный элемент, приклеенный к радиатору.

Источник фото techspot.com

Это еще одно место, где производитель блоков питания может сократить расходы, поскольку более дешевые выпрямители хуже справляются со своей задачей (например, сильнее греются). Теперь, если пиковое входное напряжение составляет 170 В (что имеет место для сети 120 В), то пройдя через выпрямительной мост, оно станет 170 В, но уже постоянного тока.

В таком виде оно поступает на следующую стадию, и в нашем блоке это активный модуль коррекции коэффициента мощности (APFC или Active PFC, Active Power Factor Correction converter). Этот узел также стабилизирует напряжение, сглаживая «провалы» за счет накапливающих конденсаторов; кроме того, он защищает от скачков выходной мощности.

Пассивные корректоры (PPFC или Passive PFC) выполняют по сути ту же работу. Они менее эффективны, но хороши для маломощных блоков питания.

Источник фото techspot.com

APFC на фото выше представлен в виде пары больших цилиндров слева – это конденсаторы, которые накапливают выровненный ток, прежде чем отправить его дальше по цепочке процессов в нашем блоке питания.

За APFC находится ШИМ, широтно-импульсный модулятор (PWM, Pulse Width Modulator). Его предназначение заключается в том, чтобы с помощью нескольких быстро переключающихся полевых транзисторов преобразовать постоянный ток обратно в переменный. Это нужно сделать потому, что на следующем шаге нас ждёт понижающий трансформатор. Эти устройства, основанные на электромагнитной индукции, состоят из двух обмоток с разным количеством витков на металлическом сердечнике, необходимых для понижения напряжения, и работают трансформаторы только с переменным током.

Частота переменного тока (скорость, с которой он изменяется; в герцах, Гц) значительно влияет на эффективность трансформатора – чем выше, тем лучше, поэтому частота исходного питания 50/60 Гц увеличивается примерно в тысячу раз. А чем эффективнее трансформатор, тем меньше его размер. Такой тип устройств, который использует эти сверхбыстрые частоты постоянного тока, называется импульсным источником питания (Switched Mode Power Supply, SMPS).

На фото ниже вы можете видеть 3 трансформатора – самый большой имеет на единственном выходе 12 вольт, а тот, что поменьше – 5 вольт (чуть поговорим ещё о нём позже). В других БП вы можете встретить один большой трансформатор сразу на все напряжения, то есть с несколькими выходами. А самый маленький трансформатор предназначен для защиты транзисторов ШИМ и подавления его помех.

| Источник фото techspot.com

Можно по-разному реализовать получение необходимых напряжений, защиту ШИМ, и так далее. Всё зависит от бюджетного сегмента и мощности устройства. Однако, всем одинаково необходимо снять напряжения с трансформаторов и снова выпрямить.

На фото ниже мы видим алюминиевый радиатор низковольтных диодов, выполняющих это выпрямление. А также, конкретно в этом PSU, мы видим небольшую дополнительную плату в центре фото – это узел модулей регулирования напряжения (VRM, Voltage Regulation Modules), обеспечивающий выходы 5 и 3,3 вольт.

Источник фото techspot.com

И тут нам стоит поговорить о том, что такое пульсация.

В идеальном мире, с идеальными блоками питания, переменный ток будет преобразован в абсолютно ровный, без малейших колебаний, постоянный ток. В действительности же, такой 100%-ой точности не достигается, и напряжение постоянного тока имеет хоть и незначительные, но колебания.

Этот эффект называется пульсирующим напряжением, и в наших блоках питания мы бы хотели, чтобы оно было как можно меньше. Cooler Master не предоставляет информации о величине пульсирующего напряжения в спецификации к нашему подопытному PSU, поэтому мы прибегли к сторонним результатам тестирования. Один из таких анализов был выполнен JonnyGuru.com, и они установили, что максимальное пульсирующее напряжение выхода +12 В – 0,042 В (42 милливольт).

График ниже демонстрирует отклонение фактически получаемого напряжения (синяя кривая; при этом её форма, конечно, не такая идеальная синусоида – ведь сама пульсация не постоянна) от требуемого ровного напряжения +12 В постоянного тока (красная прямая).

Это отклонение, по большей части, лежит на совести конденсаторов во всём PSU. Некачественные, дешёвые конденсаторы приводят к увеличению этой не нужной нам пульсации. Если она слишком большая, то некоторые электронные узлы компьютера, наиболее чувствительные к качеству питания, могут начать работать нестабильно. К счастью, в нашем примере 40 с лишним милливольт это нормально. Не супер, но и не плохо.

Но на получении приемлемых выходных напряжений дело ещё не заканчивается. Необходимо обеспечить управление выходами, чтобы питание на каждом из них было всегда полноценным и стабильным, независимо от мощности нагрузок на других выходах.

Источник фото techspot.com
Микросхема, которую вы видите на этом фото, называется супервизор (supervisor) и она следит за тем, чтобы на выводах не оказалось слишком высокого или низкого напряжения и тока. Работает бесхитростно – просто отключает блок питания при возникновении таких проблем.

Более дорогие PSU могут оснащаться ЦПОС, цифровым процессором обработки сигналов (DSP, Digital Signal Processor), который не только мониторит напряжения, но и может отрегулировать их при необходимости, а также отправлять подробные данные о состоянии БП на компьютер, его использующий. Для рядового пользователя эта функция достаточно спорная, но для серверов и рабочих станций – весьма желательная.

Лучшие производители блоков питания и популярные модели

Несомненно, лучше отдавать предпочтение известным производителям, которые предлагают взамен достойное качество и хорошую работоспособность. Поэтому редакция Tehno.guru предлагает обратить внимание на несколько моделей ниже.

ACCORD ACC-450-12 450W — блок питания с простым способом установки

Классические модели подходят для большинства компьютеров со стандартными рабочими параметрами.
Подбирая блок питания для домашнего или офисного ПК со стандартными параметрами, следует отметить заявленную модель как одну из лучших, простых, без серьёзных наворотов. Установка имеет один традиционный вентилятор диаметром 120 мм. Соответственно, подойдёт только для системных блоков привычных параметров.

Мощность, Вт	Тип охлаждения	Параметры, мм	Типы разъемов	Защита от короткого замыкания
450	Один вентилятор	86×150×140	20+4 pin	есть

Отзыв о модели ACCORD ACC-450-12 450W

Подробнее на Яндекс.Маркет: https://market.yandex.ru/product—blok-pitaniia-accord-acc-450-12-450w/12367530/reviews?track=tabs

Блок питания ACCORD ACC-450-12 450W

Блок питания Powerman PM-300ATX 300W

Отличный вариант для ненавороченных ПК.
Узкоформатная модель блока питания, предназначенная для таких системников, которые имеют соответствующую нишу для установки. Устройство оснащено стандартной системой охлаждения, однако имеет не очень удобную решётку для отвода воздуха. Тем не менее, отлично справляется с задачами, возложенными на него.

Мощность, Вт	Тип охлаждения	Параметры, мм	Тип разъемов для материнской платы
300	1 вентилятор (80 мм)	65×85×175	20+4 pin

Блок питания Powerman PM-300ATX 300W

Sea Sonic Electronics SSP-650RT 650W — высокомощный агрегат для ПК

Удобная модель с маркировкой под выходы для питания.
Такая система питания подойдёт идеальным образом для игрового компьютера. Устройство способно максимально запитывать графические девайсы. Кроме того, модель блока имеет стандартный внешний вид и оптимально оборудованную решётку для освобождения воздуха от вентилятора.

Мощность, Вт	Параметры, мм	Способ охлаждения	Тип разъема для материнской платы	Сертификат КПД
650	86×150×140	1 вентилятор	20+4 pin	80 PLUS Gold

Отзыв о модели Sea Sonic Electronics SSP-650RT 650W

Подробнее на Яндекс.Маркет: https://market.yandex.ru/product—blok-pitaniia-sea-sonic-electronics-ssp-650rt-650w/9275780/reviews?track=tabs

Sea Sonic Electronics SSP-650RT 650W

AeroCool KCAS PLUS 600W — стандартная высокомощная установка

Отличительные свойства блоков питания заключаются в способности вовремя реагировать на некорректность работы.
Предложенный вариант блока питания для ПК не имеет никаких конструктивных особенностей, так как предназначен для корпуса системного блока обычного размера. Отличается высокой мощностью, соответственно, подойдёт к системе, где работает несколько видеокарт и жёстких дисков.

Мощность, Вт	Скорость работы, об/мин	Тип охлаждения	Тип разъема для материнской платы	Защита от перегрузки
600	800	1 вентилятор	20+4 pin	есть

Отзыв о модели AeroCool KCAS PLUS 600W

Подробнее на Яндекс.Маркет: https://market.yandex.ru/product—blok-pitaniia-aerocool-kcas-plus-600w/43055883/reviews?track=tabs

Блок питания AeroCool KCAS PLUS 600W

Фильтрация

Первое, что блок питания делает с сетевым электричеством, это не выпрямление и не понижение, а выравнивание входного напряжения. Поскольку в наших домах, офисах и на предприятиях имеется множество электрических устройств и приборов, постоянно включающихся-выключающихся, а также излучающих электромагнитные помехи, переменный ток в сети часто бывает «скомканный» и со случайными скачками и перепадами (частота также не постоянна). Это не только затрудняет блоку питания выполнять преобразования, но может вывести из строя некоторые элементы внутри него.

Наш БП имеет две ступени так называемых входных фильтров (transient filter), первая из которых построена сразу на входе с помощью трёх конденсаторов. Она выполняет роль, похожую на роль «лежачего полицейского» на дороге – только вместо скорости, этот фильтр гасит внезапные скачки входного напряжения.

Источник фото techspot.com

Вторая ступень фильтра более сложная, но в сущности делает то же самое.

Желтые кирпичики – это снова конденсаторы, а вот зеленые кольца, обмотанные медным проводом, это индуктивные катушки (хотя при таком использовании их обычно называют дросселями). Катушки накапливают электрическую энергию в магнитном поле, но энергия при этом не теряется, а за счет самоиндукции плавно возвращается обратно. Таким образом, внезапно появившийся высокий импульс (скачок) поглощается магнитным полем дросселя, чтобы на выходе дать ровное напряжение без всяких скачков.

Два маленьких синих диска – ещё одни представители многообразия конденсаторов, а чуть ниже них (зелёный, с длинными ножками, обтянутыми черными изоляторами) – металлооксидный варистор (MOV). Они также используются для защиты от скачков входного напряжения. Подробнее о различных типах входных фильтров можно прочитать здесь.

Источник фото techspot.com

По этому узлу блока питания часто можно определить, насколько производитель сэкономил, или к какому бюджетному классу принадлежит девайс. Более дешевые будут иметь упрощённую фильтрацию входа, а самые дешёвые и вовсе не иметь таковой (избегайте таких!).

Теперь, когда напряжение выровнено и причёсано, ему дозволяется идти дальше – собственно, к преобразованию.

Как проверить блок питания компьютера на передачу напряжения и перегорание   

Блок питания является важным компонентом системы, и без него компьютер просто не сможет работать. Он обеспечивает требуемой электрической энергией все потребители внутри корпуса компьютера, при этом преобразуя поступающее из розетки переменное напряжение в постоянное. Выбирая блок питания для компьютера, необходимо руководствоваться его мощностью, исходя из количества потребителей, которые будут к нему подключены. Если блок питания выйдет из строя, не будет работать весь компьютер. Именно поэтому, если компьютер перестал включаться, важно проверить блок питания на работоспособность, и имеется несколько способов, как это сделать.

Рекомендуем прочитать:
Как рассчитать мощность блока питания для компьютера?

Признаки неисправности блока питания

Нет конкретного симптома, по которому можно было бы сказать, что из строя в компьютере вышел именно блок питания. Имеется ряд признаков, которые характерны для поведения компьютера при неисправности питающего элемента. Можно констатировать, что блок питания не работает в должном режиме (или имеется другая проблема) при следующем «поведении» компьютера:

• При нажатии на кнопку включения не происходит ничего, то есть, нет световой, звуковой индикации и кулеры не начинают вращаться. Поскольку блок питания является компонентом, который питает другие элементы постоянным напряжением, велика вероятность, что он вышел из строя или имеются другие проблемы с передачей питания на элементы компьютера – разрывы в проводах, нестабильная подача переменного напряжения из сети;
• Включение компьютера происходит не всегда с первого раза. В такой ситуации может быть виноват блок питания, плохое соединение разъемов или неисправность кнопки включения;
• Компьютер самопроизвольно выключается на этапе загрузки операционной системы. Это может происходить из-за прерывистой передачи напряжения от блока питания на другие компоненты компьютера. Так же подобная проблема может указывать на перегрев блока питания и принудительное отключение.

Блок питания – надежный элемент компьютера, который крайне редко приходит в негодность. Если блок питания сломался, причиной тому является его низкое качество изготовления или подача по сети напряжения с постоянными перепадами. Кроме того, блок питания может выйти из строя, если неверно произведен расчет при его подборе для конкретной конфигурации компьютера.

Как проверить блок питания

Если у компьютера появился один из симптомов, перечисленных выше, не следует сразу грешить на блок питания. Неисправность может возникать и по другим причинам. Чтобы точно убедиться в наличии проблем с питающим компонентом системы, необходимо провести диагностические работы. Имеется 3 метода, как проверить блок питания компьютера самостоятельно.

Шаг 1: Проверка передачи напряжения блоком питания

Чтобы убедиться в том, что блок питания включается, необходимо выполнить следующую проверку:

1. Снимите боковую крышку компьютера, чтобы получить доступ к внутренним компонентам.
2. Полностью отключите компьютер от сети – рекомендуем не только вытащить питающий кабель из розетки, но и нажать кнопку отключения подачи энергии на блоке питания, выставив ее в положение off (0).
3. Отключите все компоненты компьютера от блока питания – материнскую плату, жесткие диски, видеокарту и другие.
4. Возьмите канцелярскую скрепку, которая сможет выступить перемычкой и замкнуть контакты. Ее необходимо изогнуть в U-образную форму.
5. Далее найдите максимально большой жгут проводов с разъемом на 20 или 24 контакта, который идет от блока питания. Данный контакт при обычной работе компьютера подключается к материнской плате, и определить его несложно.
6. На разъеме определите два контакта, замыкание которых является для блока питанием сигналом подключения к материнской плате. Эти контакты очень просто найти. Они могут быть обозначены цифрами 15 и 16 или к ним подходят зеленый и черный провод с блока питания, расположенные рядом. Обратите внимание, что черных проводов на разъеме может быть несколько, тогда как зеленый, чаще всего, один.
7. Вставьте перемычку-скрепку в обнаруженные контакты, чтобы имитировать для блока питания процесс подключения к материнской плате. Убедитесь, что скрепка вставлена плотно, и она прижимает оба контакта. Если это так, отпустите скрепку (поскольку через нее может пойти напряжение) и включите блок питания компьютера (не забудьте, что он может быть отключен не только от розетки, но и собственной кнопкой off/on).
8. Если вы все сделали правильно, и кулер блока питания начал работать при подаче на него напряжения из розетки, значит, проблем с включением у питающего устройства компьютера не возникает.

Необходимо отметить, что данная проверка показывает работоспособность блока питания на включение. Но даже в том случае, если по ее результатам кулер блока питания начал вращаться, это еще не значит, что устройство полностью исправно. Перейдите к следующим шагам проверки блока питания.

Шаг 2:  Как проверить блок питания мультиметром

Если вы убедились, что блок питания получает напряжение от сети и при этом работает, необходимо проверить, отдает ли он требуемое постоянное напряжение. Для этого:

1. Подключите к блоку питания любое внешнее сопротивление – дисковод, жесткий диск, кулеры;
2. Далее возьмите мультиметр, выставленный на измерение напряжения, и подключите отрицательный вывод диагностического прибора к черному контакту 20/24-выводного разъема блока питания. Черный контакт при подобном подключении считается заземлением. Положительный щуп мультиметра подключите поочередно к контактам разъема, к которым подходят провода следующих цветов, а также сравните значения с идеальным напряжением:

• Розовый провод – напряжение 3,3 В;
• Красный провод – напряжение 5 В;
• Желтый провод – напряжение 12 В.

В ходе измерения возможны погрешности в ±5%.

Если измеренные значения отличаются от идеальных, можно диагностировать неисправность блока питания и необходимость его замены.

Шаг 3: Как визуально проверить блок питания

При отсутствии мультиметра (или при необходимости дополнительной диагностики) можно визуально проверить блок питание на наличие неисправности. Для этого:

1. Отсоедините блок питания от корпуса компьютера, открутив 4 (или 6) винтов, на которых он закреплен;
2. Разберите блок питания, открутив винты, находящиеся на его корпусе;
3. Визуально осмотрите микросхему блока питания. Обратить внимание необходимо на конденсаторы. Если они вздуты, то их выход из строя мог послужить причиной поломки блока питания. В подобной ситуации (при желании) можно перепаять конденсаторы, заменив их на аналогичные по номиналу.

Когда проблем с конденсаторами не наблюдается, рекомендуется удалить всю пыль из блока питания, смазать вентилятор и собрать устройство обратно, а после попробовать подключить.

Загрузка…

Как работают блоки питания ПК

Если есть какой-то один компонент, который абсолютно жизненно важен для работы компьютера, то это блок питания. Без него компьютер – это просто инертный ящик из пластика и металла. Блок питания преобразует линию переменного тока (AC), идущую из вашего дома, в постоянный ток (DC), необходимый для персонального компьютера. В этой статье мы узнаем, как работают блоки питания для ПК и что означают номинальные мощности.

В персональном компьютере (ПК) источником питания является металлический ящик, который обычно находится в углу корпуса.Блок питания виден сзади многих систем, поскольку он содержит розетку для кабеля питания и охлаждающий вентилятор.

Источники питания, часто называемые «импульсными источниками питания», используют технологию переключения для преобразования входного переменного тока в более низкие напряжения постоянного тока. Типичные поставляемые напряжения:

3,3 и 5 В обычно используются в цифровых схемах, в то время как 12 В используется для запуска двигателей в дисковых накопителях и вентиляторах. Основная спецификация блока питания ватт .Ватт – это произведение напряжения в вольтах и ​​ тока в амперах или амперах. Если вы работали с ПК в течение многих лет, вы, вероятно, помните, что на исходных ПК были большие красные тумблеры, которые имели большой вес. Когда вы включали или выключали компьютер, вы знали, что делаете это. Эти переключатели фактически контролировали подачу 120-вольтного питания к источнику питания.

Сегодня вы включаете питание небольшой кнопкой и выключаете машину с помощью пункта меню.Эти возможности были добавлены к стандартным источникам питания несколько лет назад. Операционная система может отправить сигнал блоку питания, чтобы он отключился. Кнопка посылает 5-вольтовый сигнал источнику питания, чтобы сообщить ему, когда нужно включить. В блоке питания также есть цепь, которая подает 5 вольт, называемая VSB для «напряжения ожидания», даже когда она официально «выключена», так что кнопка будет работать. См. Следующую страницу, чтобы узнать больше о технологии переключателя.

Учебное пособие по источникам питания – SMPS

СТРУКТУРА И ОСНОВНАЯ ТЕОРИЯ РАБОТЫ

<------------------------------------------------- -------------------------------------------------- ------------------->

Источник питания в целом представляет собой устройство, которое передает электрическую энергию от источника к нагрузке с помощью электронных схем.В процессе он изменяет энергетические характеристики в соответствии с конкретными требованиями. Практически каждое электронное оборудование требует преобразования энергии в той или иной форме. Типовой блок питания (БП) выполняет следующие основные функции:

• Изменение вида электроэнергии. Например, электричество из сети передается в виде переменного тока, в то время как электронные схемы нуждаются в постоянном токе низкого уровня;
• Регламент. Номинальное сетевое напряжение варьируется во всем мире от 100 до 240 В переменного тока и обычно плохо регулируется, в то время как для печатных плат обычно требуются хорошо стабилизированные фиксированные напряжения;
• Изоляция безопасности.В большинстве случаев низковольтные выходы должны быть изолированы от входа.

Кстати, термин «блок питания» не самый адекватный. Блок питания, конечно, не «подает» питание (за исключением коротких периодов времени, когда он работает от внутренней памяти), он только преобразует его. Его типичное применение – преобразование переменного тока электросети в требуемую регулируемую шину (и) постоянного тока. В зависимости от режима работы полупроводников преобразователи могут быть линейными или переключаемыми.

ЧТО ТАКОЕ SMPS

SMPS расшифровывается как импульсный блок питания.В таком устройстве электронные компоненты управления мощностью непрерывно «включаются» и «выключаются» с высокой частотой, чтобы обеспечить передачу электроэнергии через компоненты накопителя энергии (катушки индуктивности и конденсаторы). Изменяя рабочий цикл, частоту или относительную фазу этих переходов, можно управлять средним значением выходного напряжения или тока. Диапазон рабочих частот коммерческих блоков питания обычно варьируется от 50 кГц до нескольких МГц (см. Подробнее о выборе частоты). На рынке представлено множество стандартных источников питания переменного и постоянного тока, которые подходят практически для любого применения.Существует также множество модулей DC-DC, которые вы можете использовать в качестве строительных блоков для построения архитектуры вашей системы и которые можно рассматривать как компоненты. Поэтому в настоящее время большинство производителей электроники не разрабатывают свои блоки питания самостоятельно – они либо покупают их в готовом виде, либо заказывают услуги по проектированию и производству у ODM.
Ниже представлена ​​принципиальная принципиальная схема типичного автономного ИИП. Это руководство познакомит вас с его основными операциями.

КАК РАБОТАЕТ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (SMPS)

Электропитание переменного тока сначала проходит через предохранители и сетевой фильтр.Затем он выпрямляется двухполупериодным мостовым выпрямителем. Выпрямленное напряжение затем подается на предварительный регулятор коррекции коэффициента мощности (PFC), за которым следует преобразователь постоянного тока в постоянный ток. Большинство компьютеров и небольших устройств используют входной разъем типа IEC. Что касается выходных разъемов и распиновки, за исключением некоторых отраслей, таких как ПК и CompactPCI, в целом они не стандартизированы и оставляются на усмотрение производителей.

F1 и F2, показанные слева на принципиальной схеме, являются предохранителями.О них знают все, но у некоторых складывается впечатление, что предохранитель срабатывает сразу после того, как приложенный ток превышает его номинал.

Если бы это было так, ни один блок питания не работал бы из-за кратковременных пусковых токов. На самом деле предохранитель предназначен для физического размыкания цепи, когда ток, протекающий через него, превышает его номинал в течение определенного периода времени . Это время очистки зависит от степени перегрузки и является функцией I ² t .Из-за этой задержки предохранители не всегда защищают электронные компоненты от катастрофического отказа, вызванного некоторыми неисправностями. Их основная цель – защитить входящую линию от перегрузки и перегрева, избежать срабатывания внешнего автоматического выключателя и предотвратить возгорание, которое может быть вызвано компонентами, вышедшими из строя в результате короткого замыкания.
Фильтр нижних частот EMI предназначен для снижения до приемлемого уровня высокочастотных токов, возвращающихся в сеть переменного тока. Это необходимо для предотвращения помех другим устройствам, подключенным к той же электропроводке.Существует ряд стандартов (например, EN55022 для оборудования информационных технологий), которые регулируют максимальный уровень электромагнитных помех.
За фильтром следует выпрямитель, который преобразует биполярные формы сигналов переменного тока в униполярные пульсирующие. Он имеет четыре диода в виде моста для обеспечения одинаковой полярности выхода для обеих полярностей входа.

Предварительный регулятор PFC

. Выпрямленное входное напряжение подается на следующий каскад, основная цель которого – увеличить коэффициент мощности (PF).По определению, коэффициент мощности – это соотношение между ваттами и вольт-амперами. При этом преобразователь PFC обычно повышает напряжение до 370-400 В постоянного тока и обеспечивает регулируемое звено постоянного тока. Существуют также конструкции, в которых «повышающий» выход следует за пиком входного переменного напряжения, а не фиксируется, или где понижающий преобразователь используется вместо повышающего.

Существует два основных типа схем коррекции коэффициента мощности – активные и пассивные. Ниже представлена ​​блок-схема активного каскада PFC. Вот как это работает. Контроллер PFC контролирует как напряжение на измерительном резисторе, так и Vboost .Регулируя «Vboost», он одновременно контролирует форму входного тока, так что он находится в фазе с сетевым переменным током и повторяет свою форму волны. Без этого ток будет подаваться на SMPS короткими импульсами высокого уровня с высоким содержанием гармоник. Гармоники не передают реальной энергии нагрузке, но вызывают дополнительный нагрев в проводке и распределительном оборудовании. Они также снижают максимальную мощность, которую можно получить от стандартной настенной розетки, поскольку автоматические выключатели рассчитываются по электрическому току, а не по ваттам.Существуют различные правила , которые ограничивают содержание входных гармоник, например EN61000-3-2 (для оборудования, подключенного к низковольтным распределительным сетям общего пользования) или DO-160 (для бортового оборудования). Чтобы удовлетворить эти требования, вы должны использовать метод коррекции коэффициента мощности: устройство с высоким коэффициентом мощности потребляет почти синусоидальный ток от источника (на синусоидальном входе). Это автоматически приводит к низкому содержанию гармоник. В настоящее время не существует обязательных международных стандартов, конкретно регулирующих коэффициент мощности электронного оборудования, но существуют различные национальные и отраслевые стандарты, а также программы добровольного стимулирования.Например, программы 80 PLUS® и Energy Star® требовали, чтобы компьютеры демонстрировали коэффициент мощности> 0,9 при номинальной нагрузке. Вы можете узнать больше об активной коррекции коэффициента мощности в этом руководстве по PFC.
Вышеупомянутые стандарты также определяют минимальную эффективность определенных классов электронных устройств. Эффективность блока питания по определению – это соотношение между значениями выходной и входной мощности: КПД = Pout / Pin . Обратите внимание, что, поскольку Pin = VA * PF и поскольку у любой реальной активной цепи коэффициент PF <1, вы не можете просто умножить входные вольты и амперы - для измерения Pin вам понадобится настоящий ваттметр.

Последующий преобразователь постоянного тока в постоянный работает от выхода PFC, генерирует набор шин постоянного тока, необходимых для нагрузки, и обычно также обеспечивает изоляцию входа и выхода. В преобразователях постоянного тока используется ряд топологий. На приведенной выше блок-схеме изображен изолирующий прямой преобразователь. В большинстве низковольтных неизолированных преобразователей используются понижающие стабилизаторы (однофазные или многофазные с чередованием). Также существует большое количество ИС с ШИМ, подходящих для каждой из этих топологий. Выбор правильной топологии питания зависит от конкретных требований к продукту (включая факторы стоимости и времени).

Наконец, вспомогательное питание обеспечивает “смещение” для всех схем управления. Он также может обеспечивать отдельное резервное напряжение (SBV), которое остается активным, когда блок PS выключается по любой причине. В сегодняшних компьютерных источниках питания SBV 5 В постоянного тока является стандартной функцией.

Если вы хотите изучить практическое проектирование блоков питания, вы можете начать с книг для семинаров Unitrode, где вы можете найти исчерпывающую коллекцию руководств по источникам питания, практических схематических диаграмм и руководств.

ССЫЛКИ :
Источники питания Spice моделирования и практические разработки;
Справочное руководство SMPS с указаниями по применению основных регуляторов.
Аппаратный компонент системы

: блок питания адаптера ноутбука | Базер Хуссейн | Вычислительные технологии с основами ИТ

Аппаратное обеспечение системы содержит еще один базовый компонент, который помогает системе работать. Это блок питания.

Блок питания

Блок питания – это тот компонент системы, который обеспечивает питание / электричество для всей компьютерной системы. Поскольку весь компьютер – это электронная система, и электронной системе всегда требуется питание для запуска и поддержания ее надлежащего функционирования.

В настольной системе источник питания представляет собой металлическую коробку, которая содержит трансформатор, конденсаторы, провода, диоды и т. Д. И преобразует мощность переменного (переменного тока) в мощность постоянного (постоянного тока), поскольку компоненты в для работы системе требуется только постоянный ток.

Рисунок: Блок питания компьютера

Блок питания принимает переменный ток 110 В или 220 В в качестве входа через вилку питания, как показано на рисунке выше, а затем преобразует его в другой диапазон напряжений в соответствии с требованиями различные компоненты в системе.Выход блока питания содержит несколько разъемов, которые обеспечивают питание соответствующих компонентов. Например, 24-контактный разъем питания используется для подачи питания на материнскую плату, его также называют разъемом P1 или ATX, 4-контактный разъем PATA или SATA используется для подачи питания на жесткий диск или оптический привод и 6-контактный разъем используется для подачи питания на PCIe, к которому подключены различные карты расширения. Аналогичным образом другие разъемы также используются для различных подключений, как показано на рисунке ниже.

Рис.: Различные разъемы блока питания

Адаптер для портативного компьютера

Портативный компьютер не имеет блока питания внутри корпуса, который преобразует энергию. Вместо этого у него есть адаптер переменного тока, который работает так же, как блок питания, и обеспечивает питание ноутбука. Адаптер переменного тока преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, понижает его, а затем материнская плата передает питание каждому компоненту системы, которому требуется питание. Точно так же напряжение постоянного тока может храниться в аккумуляторе портативного компьютера, который является своего рода источником сухой аккумуляторной батареи и обеспечивает питание, когда адаптер переменного тока не подключен к источнику питания.

Рис.: Адаптер переменного тока для портативного компьютера

Речь шла об источнике питания и адаптере для портативного компьютера.

Спасибо за чтение… .. !!!

Как работает импульсный источник питания

Как работает импульсный источник питания

В этом разделе мы дадим очень краткое объяснение того, что происходит внутри импульсного источника питания. Опять же, мы настоятельно рекомендуем вам прочитать нашу статью о блоке питания 101, если вы хотите получить более подробный анализ.

Что внутри и как оно работает?

Импульсный источник питания состоит из нескольких ступеней.Фильтр сетевого питания находится сразу за входом, отфильтровывая скачки, гармоники и различные другие нежелательные явления, обнаруживаемые в электросети. Он также предотвращает воздействие электромагнитных помех, создаваемых блоком питания, на расположенные рядом устройства. На втором этапе поток мощности переменного тока выпрямляется и экранируется одним или несколькими мостовыми выпрямителями. На данный момент мы имеем дело с напряжением около 325 В (при входном напряжении 230 В), которое подается на преобразователь APFC. Полевые транзисторы APFC (обычно два) разделяют промежуточное напряжение постоянного тока на постоянные последовательности импульсов.Эти импульсы сглаживаются конденсатором (-ами) большой емкости и подаются на главные переключатели. Последний прерывает сигнал постоянного тока, поступающий от сглаживающего конденсатора, на импульсы, амплитуда которых является величиной входного напряжения, а рабочий цикл регулируется контроллером импульсного регулятора. Таким образом, сигнал постоянного тока преобразуется в прямоугольный сигнал переменного тока, который подается на главный трансформатор. Чем выше частота переключения первичных переключателей, тем меньше размер основного трансформатора, и мы также получаем выигрыш в отношении шума EMI, подавления пульсаций и переходной характеристики.С другой стороны, более низкие скорости переключения повышают эффективность, хотя требуется трансформатор большего размера и увеличивается шум электромагнитных помех, влияет на подавление пульсаций, и переходная характеристика становится медленнее.

Внутреннее устройство Corsair AX1500i. Это, наверное, самый продвинутый коммерческий блок питания на сегодняшний день.

В конечном итоге потребуются различные напряжения: 3,3, 5 и 12 В, что означает, что простые импульсные блоки питания ПК имеют либо одну выходную шину с разными ответвлениями для каждого напряжения, либо отдельные шины для каждого напряжения.Верхние блоки питания даже имеют отдельные катушки для напряжений (если они не используют резонансный преобразователь LLC, поскольку блоки питания с ними не нуждаются в катушках; даже если они существуют, они просто играют роль в процессе фильтрации), что затем корректируются и сглаживаются второй раз после преобразования. Самое главное, чтобы эти напряжения оставались постоянными. Независимо от того, находится ли компьютер в режиме ожидания или при полной нагрузке, напряжения не могут отклоняться от своих характеристик более чем на пять процентов в соответствии со спецификацией ATX.Схема регулятора гарантирует, что это так.

Это подводит нас к следующей теме: эффективность. Если вы ищете новую машину, вы спросите своего местного дилера: «Итак, сколько миль на галлон у этой машины?» БП могут не сжигать бензин, но вам все равно нужно следить за их эффективностью. Действительно, это одна из областей, где большинство строителей неосознанно тратят больше энергии, увеличивая стоимость ПК в течение срока его службы. Хотите убедиться, что вы не совершили этой ошибки? Взгляните на следующую страницу!

Настольный источник питания | Tektronix

Основы настольных источников питания

Зачем нужен настольный блок питания?

Когда инженеру или разработчику схем необходимо протестировать устройство, обычно известное как тестируемое устройство (DUT), им необходимо запитать его заданным напряжением или током.Настольный источник питания позволяет инженерам устанавливать и подавать определенные напряжения для питания тестируемого устройства, чтобы убедиться, что устройство работает должным образом. Если это не так, они могут устранить неполадки и провести повторное тестирование.

Типы настольных источников питания

Несмотря на то, что существует много типов настольных источников питания, эти приборы в целом разделены на три категории: одно- и многоканальные, биполярные или униполярные и линейные или импульсные блоки питания.

Сравнение одиночного и многоканального настольных источников питания

Как следует из названия, одноканальный настольный источник питания имеет один выход, которым можно управлять, тогда как многоканальный источник питания имеет два или более выхода.Многоканальные источники питания обычно используются для разработки устройств как с цифровой, так и с аналоговой схемой или биполярной схемой.

Биполярный и однополярный настольный источник питания

Однополярный источник питания может подавать только положительное напряжение. Инженер может технически переключить выводы, подключенные к источнику питания, для получения отрицательного напряжения, но биполярные источники питания работают как в области положительного, так и отрицательного напряжения. Биполярные блоки питания могут использоваться в более широком спектре приложений питания, но они более дороги и сложны в использовании, поэтому многие инженеры выбирают униполярные настольные блоки питания для источников питания постоянного тока.

Линейный и настольный импульсный источник питания

Линейный источник питания может обеспечивать высокоточные измерения с очень низким уровнем шума или помех. Однако они, как правило, тяжелее, больше по размеру и обеспечивают меньшую мощность при меньшей эффективности. Импульсные источники питания, с другой стороны, более компактны и обеспечивают большую мощность, но, как правило, имеют высокочастотный шум и менее точные измерения. Импульсный источник питания часто используется, когда плотность мощности является проблемой – поскольку вы можете получить значительно более высокую мощность при небольшой занимаемой площади, – тогда как линейный источник питания используется, когда приложение требует питания чувствительной аналоговой схемы.

Как правильно выбрать настольный блок питания

Выбор подходящего источника питания и более глубокое понимание его функций и характеристик позволяет инженерам быстрее проводить тесты и делать более точные измерения. При покупке настольного блока питания следует учитывать ряд факторов, но они являются наиболее важными.

Рассмотрим программируемый блок питания

Ручная установка значений напряжения и пределов тока может быть пустой тратой драгоценного времени при проведении длительных или сложных испытаний с использованием стендового источника питания.К счастью, большинство настольных источников питания поставляются с функцией тестовой последовательности, которая обеспечивает базовый уровень программируемости. Используя функцию тестовых последовательностей, инженер может программировать значения напряжения, предельные значения тока и время на шаг. Это простой способ выполнить сложный тест с несколькими предварительно заданными выходными напряжениями и таймингами без ручной настройки параметров настольного источника питания, что дает оператору больше времени, чтобы сосредоточиться на получении качественных измерений.

Выберите настольный источник питания с правильными пределами мощности

Очень часто блоки питания постоянного тока классифицируются по максимальному напряжению и максимальному току.Это невероятно полезная информация, когда дело доходит до выбора подходящего блока питания, но не забывайте также смотреть на ограничения мощности.

Например, настольный блок питания 2260B-30-72 может выдавать до 30 В или 72 А, но имеет ограничение по мощности 720 Вт. Это означает, что блок питания может выдавать 30 В, но не 72 А, как это будет ограничено по мощности. С помощью этой формулы инженеры могут определить выработанную мощность:

В большинстве случаев, если мощность, рассчитанная по этому уравнению, ниже, чем предел мощности стендового источника питания, он должен нормально работать

Выберите настольный источник питания с дистанционным контролем напряжения

Для наиболее точного подбора напряжения рекомендуется использовать настольный источник питания, который оснащен выносным вольтметром или удаленным датчиком.Это позволяет получать чистые показания напряжения на ИУ, а не на его входных клеммах, за счет компенсации падения напряжения на измерительных выводах. Учитывая, что большинство стандартных измерительных проводов длиной ~ 3 фута имеют сопротивление ~ 50 мОм (~ 100 мОм для пары), при использовании тестируемого устройства с низким сопротивлением на выводах может наблюдаться значительное падение напряжения.

Найдите лабораторный блок питания с подходящим временем отклика

Если вы проводите тесты с быстро меняющимися напряжениями или нагрузками, время отклика имеет решающее значение.Время отклика – это время, необходимое настольному источнику питания для нарастания (время нарастания) или снижения (время спада) до заданного напряжения. Имейте в виду, что это часто зависит от нагрузки.

Время нарастания – это время, необходимое источнику питания для перехода с 10 процентов значения до 90 процентов значения. Время падения – обратное, с указанием количества времени, необходимого для перехода от 90 процентов значения до 10 процентов.

Переходное время восстановления – это время, необходимое для возврата источника питания к заданному уровню после приложения нагрузки.Более сложный параметр, который следует однозначно представить в качестве спецификации, он обычно описывается несколькими параметрами: полосой установления напряжения, временем восстановления переходного процесса и скачком тока нагрузки. Например, настольные блоки питания Keithley серии 2200 имеют следующие характеристики времени восстановления переходного режима нагрузки: «<400 мкс с точностью до 75 мВ после изменения с 0,1 А на 1 А». Это означает, что если токовая нагрузка изменится с 0,1 А до 1 А (ступенчатое изменение тока нагрузки), источник питания будет в пределах 75 мВ от установленного напряжения (диапазон установления напряжения) менее чем за 400 мкс ( переходное время восстановления).

Как использовать настольный источник питания

Настольный блок питания очень прост в использовании. Эти инструменты подключаются к тестируемому устройству через провода, которые вставляются в панель электропитания стенда. Используя дисплей передней панели, инженеры могут устанавливать уровни напряжения или тока для питания тестируемого устройства. Большинство настольных источников питания могут работать в двух режимах: постоянного напряжения и постоянного тока.

Эксплуатация стендового источника питания в режиме постоянного напряжения (CV) и постоянного тока (CC)

Важной функцией настольного источника питания является возможность работы в режимах постоянного тока (CC) и постоянного напряжения (CV).В режиме CV источник питания регулирует выходное напряжение в соответствии с настройками пользователя. В режиме CC блок питания регулирует ток. Режим источника питания CV или CC зависит от настроек пользователя и сопротивления нагрузки. Блок питания имеет разные характеристики, которые применяются, когда он находится в режиме CV или CC. В любой момент времени источник питания регулирует напряжение или ток и соответствует настройке в пределах точности прибора.

В режиме CV выходное напряжение соответствует настройке напряжения в пределах характеристик точности прибора.Сила тока определяется сопротивлением нагрузки.

В режиме CC выходной ток соответствует настройке ограничения тока. Напряжение определяется сопротивлением нагрузки.

Эти значения можно определить с помощью закона Ома, который приведен ниже. Если вы пытаетесь быть особенно осторожными, включите измерительные провода в свой резистор

.

Запуск стендовых источников питания в параллельной и последовательной работе

Если ваши тесты требуют большей мощности, вы можете подключить несколько настольных источников питания параллельно или последовательно, чтобы увеличить доступное напряжение или ток.

Последовательная работа: Для увеличения напряжения подключите положительный выход одного источника питания к отрицательному выходу другого, затем подключите оставшиеся положительный и отрицательный выходы к тестируемому устройству.

Параллельная работа: Для увеличения тока подключите оба положительных выхода к одной клемме DUT, а оба отрицательных выхода – к другой клемме DUT.

Обязательно прочтите руководство по эксплуатации источника питания, если используете функцию удаленного контроля при объединении выходов.Это может быть невозможно в определенных конфигурациях или при использовании двух разных источников питания.

Рекомендуемые настольные источники питания

Для получения дополнительной информации о настольных источниках питания просмотрите наше руководство по выбору настольных источников питания или просмотрите нашу коллекцию настольных источников питания. Или, чтобы получить помощь в выборе подходящего настольного источника питания для вашего приложения, обратитесь к экспертам Tektronix.

Регулируемая поставка »Электроника

Источники питания с линейной стабилизацией могут обеспечивать чрезвычайно низкий уровень выходного шума и хорошую стабилизацию, но за счет размера и эффективности..

---

Схемы линейного источника питания Праймер и руководство Включает:
Линейный источник питания Шунтирующий регулятор Регулятор серии Ограничитель тока Регуляторы серий 7805, 7812 и 78 **

См. Также: Обзор электроники блока питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания

---

Линейные источники питания широко используются из-за преимуществ, которые они предлагают с точки зрения общей производительности, а также эта технология очень хорошо зарекомендовала себя, поскольку была доступна уже много лет.

Хотя линейные источники питания могут быть не такими эффективными, как импульсные источники питания, они обеспечивают лучшую производительность и поэтому используются во многих приложениях, где шум имеет большое значение.

Одна из основных областей, где почти всегда используются линейные источники питания, – это аудиовизуальные приложения, усилители Hi-Fi и тому подобное. Здесь шум и всплески переключения от импульсных источников питания могут вызывать проблемы – при этом говорится, что SMPS постоянно улучшают производительность, но линейные источники, как правило, используются большую часть времени.

Типовой регулируемый линейный источник питания для лабораторных стендов

Основы линейного источника питания

Источники питания с линейной стабилизацией получили свое название от того факта, что в них используются линейные, т. Е. Не коммутационные методы, для регулирования выходного напряжения источника питания. Термин линейный источник питания означает, что источник питания регулируется для обеспечения правильного напряжения на выходе.

Измеряется напряжение, и этот сигнал подается обратно, обычно в какой-либо дифференциальный усилитель, где он сравнивается с опорным напряжением, и результирующий сигнал используется для обеспечения того, чтобы на выходе оставалось требуемое напряжение.

Иногда измерение напряжения может осуществляться на выходных клеммах, а в некоторых случаях – непосредственно на нагрузке. Дистанционное измерение используется там, где могут быть омические потери между источником питания и нагрузкой. Часто такая возможность есть у лабораторных стендов.

Различные линейные источники питания будут иметь разные схемы и включать разные схемные блоки, если требуются дополнительные возможности, но они всегда будут включать в себя базовые блоки, а также некоторые дополнительные дополнительные.

Входной трансформатор питания

Поскольку многие регулируемые источники питания получают питание от сети переменного тока, для линейных источников питания часто используется понижающий или иногда повышающий трансформатор. Это также служит для изоляции источника питания от сетевого входа в целях безопасности.

Трансформатор обычно представляет собой относительно большой электронный компонент, особенно если он используется в линейно регулируемом источнике питания большей мощности. Трансформатор может значительно увеличить вес источника питания, а также может быть довольно дорогим, особенно для более мощных.

В зависимости от используемого выпрямителя трансформатор может быть с одной вторичной обмоткой или с центральным ответвлением. Также могут присутствовать дополнительные обмотки, если требуются дополнительные напряжения.

Для старинных радиоприемников и другой старинной электронной электроники многократные вторичные обмотки были обычным явлением. Обычно основная вторичная обмотка имела центральный отвод, чтобы обеспечить двухполупериодное выпрямление с помощью двойного диодного клапана или трубчатого выпрямителя, а дополнительные вторичные обмотки требовались для вентильных или трубчатых нагревателей – часто 5 вольт для выпрямителя, а затем 6.3в для самих клапанов / трубок.

Выпрямитель

Поскольку вход от источника переменного тока является переменным, его необходимо преобразовать в формат постоянного тока. Доступны различные формы выпрямительной схемы.

Самая простая форма выпрямителя, которую можно использовать в источнике питания, – это одиночный диод, обеспечивающий полуволновое выпрямление. Этот подход обычно не используется, потому что сложнее удовлетворительно сгладить вывод.

Обычно используется двухполупериодное выпрямление с использованием обеих половин цикла.Это обеспечивает более легкое сглаживание формы волны.

Есть два основных подхода к обеспечению полуволнового выпрямления. Один из них – использовать трансформатор с отводом от центра и два диода. Другой – использовать одну обмотку на трансформаторе источника питания и использовать мостовой выпрямитель с четырьмя диодами. Поскольку диоды очень дешевы, а стоимость трансформатора с центральным ответвлением выше, наиболее распространенным подходом в наши дни является использование мостового выпрямителя.

Примечание по схемам диодного выпрямителя:

Диодные выпрямительные схемы используются во многих областях, от источников питания до радиочастотной демодуляции.В схемах диодного выпрямителя используется способность диода пропускать ток только в одном направлении. Есть несколько разновидностей от полуволнового до двухполупериодного, мостовые выпрямители, пиковые детекторы и многое другое.

Подробнее о Цепи диодного выпрямителя

Даже для регуляторов с питанием от постоянного тока на входе может быть установлен выпрямитель для защиты от обратного подключения источника питания.

Электропитание сглаживающее

После выпрямления из сигнала переменного тока необходимо сглаживать постоянный ток, чтобы удалить изменяющийся уровень напряжения.Для этого используются большие емкостные конденсаторы.

Сглаживающее действие накопительного конденсатора

В сглаживающем элементе схемы используется большой конденсатор. Он заряжается по мере того, как сигнал, поступающий от выпрямителя, достигает своего пика. По мере того, как напряжение выпрямленной формы волны падает, как только напряжение становится ниже напряжения конденсатора, конденсатор начинает подавать заряд, поддерживая напряжение до тех пор, пока не появится следующая нарастающая форма волны от выпрямителя.

Сглаживание не идеальное, и всегда будет некоторая остаточная пульсация, но это позволяет устранить огромные колебания напряжения.

Линейные регуляторы питания

Большинство источников питания в наши дни обеспечивают регулируемую мощность. С современной электроникой довольно просто и не слишком дорого включить линейный стабилизатор напряжения. Это обеспечивает постоянное выходное напряжение независимо от нагрузки – в указанных пределах.

Поскольку многие электронные компоненты, электронные устройства и т. Д. Требуют аккуратно обслуживаемых источников питания, регулируемый источник питания является необходимостью.

Существует два основных типа линейных источников питания:

• Шунтирующий регулятор: Шунтирующий регулятор менее широко используется в качестве основного элемента в линейном регуляторе напряжения.Для этой формы линейного источника питания переменный элемент размещается поперек нагрузки. Сопротивление истока установлено последовательно со входом, а шунтирующий стабилизатор регулируется таким образом, чтобы напряжение на нагрузке оставалось постоянным.

  Источник питания рассчитан на заданный ток, и с приложенной нагрузкой шунтирующий стабилизатор поглощает любой ток, не требуемый нагрузкой, так что выходное напряжение сохраняется.

  
  
• Регулятор серии: Это наиболее широко используемый формат линейного регулятора напряжения.Как следует из названия, в цепь помещается последовательный элемент, и его сопротивление изменяется с помощью управляющей электроники, чтобы гарантировать, что правильное выходное напряжение генерируется для потребляемого тока. Блок-схема регулятора напряжения серии

  В этой блок-схеме, опорное напряжение используется для привода серии прохода элемента, который может представлять собой биполярный транзистор или полевой транзистор. Ссылка может быть просто напряжение берется из источника опорного напряжения, например, электронный компонент, такой как стабилитрон.

  Более обычный подход состоит в том, чтобы выбрать выходное напряжение и подать его в дифференциальный усилитель для сравнения выходного сигнала с эталоном, а затем использовать его для управления схемой элемента конечного прохода.

  
  

Оба этих типа линейных регуляторов используются в источниках питания, и, хотя более широко используется последовательный регулятор, в некоторых случаях также используется шунтирующий регулятор.

Преимущества / недостатки линейного источника питания

Использование любой технологии часто представляет собой тщательный баланс нескольких преимуществ и недостатков.Это справедливо для линейных источников питания, которые имеют ряд явных преимуществ, но также имеют свои недостатки.

Преимущества линейного блока питания

• Установленная технология: Линейные источники питания широко используются в течение многих лет, а их технология хорошо известна и понятна.
• Низкий уровень шума: Использование линейной технологии без какого-либо переключающего элемента означает, что шум сведен к минимуму, и теперь обнаруживаются раздражающие всплески, обнаруживаемые в импульсных источниках питания.

Недостатки линейного БП

• КПД: Принимая во внимание тот факт, что линейный источник питания использует линейную технологию, он не особенно эффективен. Эффективность около 50% не является чем-то необычным, а при некоторых условиях может предлагать гораздо более низкие уровни.
• Рассеивание тепла: Использование последовательного или параллельного (реже) регулирующего элемента означает, что рассеивается значительное количество тепла, и его необходимо удалить.
• Размер: Использование линейной технологии означает, что размер линейного источника питания, как правило, больше, чем у других форм источника питания.

Несмотря на недостатки, технология источников питания с линейной регулировкой все еще широко используется, хотя она более широко используется там, где требуется низкий уровень шума и хорошее регулирование. Типичное применение – аудиоусилители, в которых линейный источник питания может обеспечить оптимальные характеристики для питания всех каскадов усилителя.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

Как работает блок питания и почему он так важен

Мы много раз говорили о блоках питания как о сердце компьютера, о том, насколько важно, чтобы они были хорошего качества.Но задумывались ли вы, как именно работает блок питания компьютера? И почему так важно, чтобы он хорошо выполнял свою работу? В этой статье мы подробно объясним (Примечание: эта статья является технической и обширной и предназначена для тех, кто, как и я, интересуется внутренним устройством вещей).

Прежде всего, я должен сказать, что в этой статье я постараюсь использовать словарный запас и термины, которые всем понятны, потому что, хотя это может быть легко для человека, изучавшего электронику, это может быть очень сложно для того, кто не знает. т как технический.Я постараюсь говорить на сбалансированном техническом и понятном жаргоне, но имейте в виду, что мы все-таки говорим об электронике и, следовательно, неизбежно должны быть введены технические термины в этом вопросе. Тем не менее, пошли.

Как работают блоки питания

Наиболее важной функцией блока питания ПК является преобразование переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный ток).