Защита от кз в atx блоках питания – Зарядное устройство из компьютерного БП ATX с защитой от переполюсовки и КЗ.

sector.biz.ua

Защита в блоках питания ATX для компьютеров

Опубликовано 12.11.2018 автор Андрей Андреев — 0 комментариев

Приветствую вас, друзья! При работе любого электронного устройства могут возникнуть «завихрения», которые при отсутствии страховки, способны вывести его из строя, а в случае с БП в ПК – еще и несколько компонентов в придачу. Тема сегодняшней публикации – защита в блоках питания, с описанием всех необходимых опций. И так начнем.

Power Good

Из‐за специфики конструкции устройства, при включении, напряжение на выходе достигает необходимой величины не мгновенно, а по истечении 0,02 секунд.

Для того, чтобы исключить подачу пониженного напряжения к потребителям энергии, что может негативно сказаться на их работе, и обеспечить необходимые номиналы в 3,3, 5 и 12 Вольт, в блоках ATX выделена специальная линия, которая подает сигнал о нормальной работе БП.

Маркируется такой кабель серым цветом и, как и остальные, подключается к материнской плате. При отсутствии сигнала на линии, компьютер попросту не включится.

Защита от перепадов напряжения

От перенапряжения и его недостатка, компьютер защищает одна и та же схема, отключающая девайс, если напряжение на любой из линий не соответствует номинальному. Обозначается функция английской аббревиатурой UVP / OVP.

Некоторое неудобство в том, что контрольные точки, при достижении которых срабатывает защита, могут находиться на некотором удалении от номинального напряжения, но при этом устройство будет соответствовать спецификации ATX.

Например, допускается подача напряжения до 15 Вольт, однако при длительной работе в таком режиме, комплектующие могут попросту перегореть.

Защита от перегрузки по току

Как мы помним, сила тока – еще одна, не менее важная его характеристика. Согласно международным стандартам оргтехники, один проводник не может передавать более 240 Вольт‐Ампер, то есть 240 Ватт, в случае с постоянным током.

Максимально нагруженная цепь с напряжением 12 Вольт передаст не более 20 Ампер. При таком раскладе создать БП мощностью более 300 Ватт, не получится.

Для обхода этого ограничения, выводы 12 Вольт разбиваются на несколько групп с отдельной защитой по току (OCP) для каждой. При этом некоторые производители откровенно халтурят, используя только одну защитную схему, к которой подключаются все выводы, а срабатывает защита уже при 40 Амперах.

Определить «на глаз», какой именно подход использован, возможно только при разборке устройства и проверке его электрических цепей. Поэтому советую покупать комплектующие только тех брендов, в качестве продукции которых, вы уверены.

Защита от короткого замыкания

От КЗ блок питания защищает простая схема SCP, которая используется уже пару десятков лет. Для активации, достаточно пары транзисторов, при этом вовсе необязательно задействовать систему мониторинга рабочих параметров устройства.

Защита от перегрева

OTP выключает девайс, когда его температура достигает заданного значения. Схема присутствует только в качественных устройствах и базируется на паре термисторов, прикрепленных к радиатору или печатной плате.

Более сложный вариант – когда при превышении температуры, термистор заставляет быстрее вращаться кулер, регулируя рабочие параметры.

Защита по питанию

OPP или OPL – опциональный вид защиты, реализованный, с помощью специального контроллера или мониторинговой микросхемы. Схема контролирует количество тока, потребляемого из сети, и отключает БП при превышении определенного порога.

Найти любые по мощности и прочим характеристикам блоки питания для компьютера, а также все остальные комплектующие, вы можете в этом интернет‐магазине.

Также советую ознакомиться с публикациями «Что значит PFC в блоке питания» и «Сертификаты БП для ПК». Рейтинг лучших устройств вы найдете здесь.

Спасибо за внимание и до следующих встреч на страницах моего блога! Подпишитесь на новостную рассылку, чтобы быть в курсе последних обновлений.

С уважением, автор блога Андрей Андреев

infotechnica.ru

Почему срабатывает защита блока питания?

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

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

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

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

Ограничения по току

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

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

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

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

Современные тенденции в архитектуре блоков питания

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

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

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

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

composter.com.ua

Узел защиты импульсного блока питания

Узел защиты импульсного блока питания

            Понадобился мне для трансивера IC-751A блок питания, который при напряжении 13,8В обеспечивал бы ток порядка 15 – 20А. Так ко мне в «пациенты» благодаря Виталию Холостякову UR4QTP попал импульсный блок питания (ИБП) РС АТХ TARGA PТ-400СF с заявленной мощностью в 400Вт. Блок построен на аналоге популярного контроллера ШИМ TL494, а именно КА7500, и супервизоре питания LP7510.

            О модернизации и регулировании напряжения ИБП достаточно много и подробно написано на множестве форумов в Интернете. Поэтому вопросов здесь особых не возникло, и достаточно быстро от блока было получено желаемое количество вольт. А вот с перестройкой узла защиты возникли проблемы.  Супервизор LP7510 при повышенном выходном напряжении не желал нормально работать, что приводило к нестабильному запуску блока даже без внешней нагрузки. «Обман» супервизор с помощью делителя напряжения вернул стабильный запуск с нагрузкой и без нее, но защита от превышения напряжения на выходе ИБП стала срабатывать при 16,8-17,2В, что при желаемом значении в 15В было явно много. В результате всех экспериментов ничего полезного не получилось, а LP7510 пал смертью храбрых. Поиски замены ему за вменяемые деньги ни к чему не привели, и, перечитав множество статей в Интернете, решил я собрать новый узел защиты на популярной микросхеме LM339. С помощью ее 4-х компараторов удалось получить следующий набор защит:

– защита от снижения выходного напряжения ниже 9,6В

– защита от повышения выходного напряжения выше 14,8В

– защита от перегрева радиаторов с силовыми транзисторами и сборкой диодов Шоттки выше температуры 65 – 70°С

– защита от перегрузки

Защита от снижения выходного напряжения ниже 9,6В выполнена на компараторе DA1.1. Напряжение с выхода бока питания попадает через делитель напряжения R4-R6 на инвертирующий вход компаратора. На не инвертирующий вход подается опорное напряжение 1,9В. Подходящего стабилитрона под руками не нашлось, поэтому использовал индикаторный красный светодиод. Конденсатор С5 обеспечивает задержку срабатывания защиты на время, достаточное для запуска блока питания.

Защита от повышения выходного напряжения выше 14,8В выполнена на компараторе DA1.2. Напряжение с выхода бока питания попадает через делитель напряжения R11 – R13 на не инвертирующий вход компаратора. На инвертирующий вход подается опорное напряжение 3,9В от стабилитрона D4. Резистор R10 обеспечивает необходимый режим работы стабилитрона. Задержки срабатывания этой защиты не предусмотрено.

Защита от перегрева радиаторов выполнена на компараторе DA1.3. В качестве датчика температуры S1 используется 2 последовательно соединенных термостата типа KSD301-65 с температурой срабатывания 65°С и нормально замкнутыми контактами. При размыкании контактов хотя бы одного из термостатов напряжение на не инвертирующем входе  компаратора благодаря цепочке R16 – LED3 станет около 2,5-2,7В, что, при опорном напряжении на инвертирующем входе 1,9В, приведет к остановке ИБП. Светодиод выведен на переднюю панель для контроля срабатывания этой защиты.

Защита от перегрузки выполнена на компараторе DA1.4. Величина потребляемого тока контролируется по ширине импульсов тока силовых транзисторов с помощью датчика тока Т1. Диоды Шоттки D6 – D8 выпрямляют напряжение с датчика. Конденсатор С9 обеспечивает некоторую задержку срабатывания защиты. Подстроечный резистор R20 позволяет плавно установить ток срабатывания защиты.

            Диоды D1, D3, D5, D7 образуют схему «монтажного ИЛИ», что обеспечивает  развязку каналов защиты друг от друга.  Транзисторы VT1 – VT2 образуют схему «защелки» и обеспечивают удержание ИБП в отключенном состоянии при срабатывании хотя бы одного из каналов защиты.  Светодиод LED2 красного цвета выведен на переднюю панель и сигнализирует об аварийной остановке ИБП. Диоды D2 обеспечивает удержание «защелки» во включенном состоянии.

            Узел защиты питается напряжением +15В от источника питания дежурного режима через интегральный стабилизатор типа 7805. Мощность, которая выделяется при работе стабилизатора, составляет около  0,7Вт, поэтому его желательно установить на небольшой радиатор.

            Датчик тока Т1 намотан на ферритовом кольце диаметром 10мм (я использовал ферритовое кольцо желтого цвета, снятое со старой материнской платы) проводом 0,25 – 0,33мм в эмалевой изоляции. Всего намотано 25 витков в 2 провода. Далее конец одного провода соединяется с началом другого, в результате получается средняя точка датчика.

            Настройку узла защиты удобно выполнять отдельно по каждому каналу, для этого необходимо временно отключить один из выводов диода D2.

            Настройка защиты от снижении выходного напряжения выполняется подстроечным резистором R4. Для этого на выходе блока питания устанавливается напряжение необходимой величины и вращением оси R4 добиваются срабатывания защиты. После этого подстроечный резистор заменяем постоянным с таким же сопротивлением. Далее возвращаем  D2  на свое место и подбираем емкость конденсатора С5, начиная с меньшей, чем указано, величины, добиваясь устойчивого запуска ИБП с подключенной защитой без нагрузки.

            Настройку защиты от превышения выходного напряжения начинаем с отключения одного из выводов диода D2. На выходе блока питания устанавливается напряжение необходимой величины и вращением оси R11 добиваются срабатывания защиты. После этого подстроечный резистор заменяем постоянным с таким же сопротивлением.

            Канал защиты от перегрева настройки не требует. Достаточно проверить его работу, размыкая цепочку термостатов S1.

            При установке термостатов желательно нанести тонкий слой теплопроводящей пасты на место будущей их установки. Это позволит немного увеличить скорость срабатывания защиты.

            Настройку защиты от перегрузки начинают со снятия зависимости выходного напряжения датчика тока Т1 от тока нагрузки. Зависимость оказалась практически линейной, что позволило достаточно точно определить напряжение на выходе датчика при желаемой величине тока срабатывания. Я решил ограничиться величиной тока в 25А, а расчетное напряжение в моем случае оказалось 10,65В. Впоследствии эту величину пришлось уточнить  – 10,58В. С лабораторного блока питания подается напряжение рассчитанной величины в точку соединения D6 – D8 – C8 – R17 и вращением оси подстроечного резистора R20 добиваются срабатывания защиты. Далее возвращаем на место диод D2 и ИБП нагружается номинальной нагрузкой. Если при этом наблюдается срабатывание защиты от перегрузки то можно в небольших пределах изменить положение оси подстроечного резистора  R20 в сторону вывода, соединенного с общим проводом. Но увлекаться этим нельзя, так как это приведет к сильному загрублению защиты. В этом случае необходимо увеличить емкость конденсатора С9 до получения устойчивого запуска ИБП с подключенной нагрузкой номинальной величины.

            После окончания настройки необходимо проверить подключенное состояние диода D2. Без него «защелка» не будет удерживаться во включенном состоянии.

            Наличие 2-х светодиодов позволяет достаточно точно определить причину аварийной остановки ИБП и принять соответствующие меры.

            Из-за того, что узел защиты питается от источника питания дежурного режима, он совершенно не зависит от наличия или отсутствия напряжения на выходе ИБП. Поэтому при аварийной остановке «защелка» VT1 – VT2 останется во включенном состоянии. Для ее сброса достаточно отключить питание всего ИБП и дождаться потухания «аварийных» светодиодов. Теперь можно повторить запуск блока питания.

            Весь узел защиты собран на макетной плате подходящих размеров (примерно 50х50мм) и установлен вертикально у задней стенки родного металлического корпуса.

Все вопросы в Форум.

www.radiokot.ru