Блок питание для компьютера схема: Радиосхемы. – Схемотехника компьютерных блоков питания

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ КОМПЬЮТЕРА

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ КОМПЬЮТЕРА СТАТЬЯ ПОДГОТОВЛЕНА НА ОСНОВЕ КНИГИ А. В. ГОЛОВКОВА и В. Б ЛЮБИЦКОГО “БЛОКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ СИСТЕМНЫХ МОДУЛЕЙ ТИПА IBM PC-XT/AT” ИЗДАТЕЛЬСТВА «ЛАД и Н» ПРИМЕР ПОСТРОЕНИЯ ОДНОГО ИЗ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ    Подводя итог всему сказанному, для полноты картины приведем в качества примера полное описание принципиальной схемы для одного из 200-ваттных импульсных блоков питания (производство Тайвань PS6220C) (рис. 56).     Переменное напряжение сети подается через сетевой выключатель PWR SW через сетевой предохранитель F101 4А, помехоподавляющие фильтры, образованные элементами С101, R101, L101, С104, С103, С102 и дроссели И 02, L103 на:     • выходной трехконтактный разъем, к которому может подстыковываться кабель питания дисплея;     • двухконтактный разъем JP1, ответная часть которого находится на плате.     С разъема JP1 переменное напряжение сети поступает на:     • мостовую схему выпрямления BR1 через терморезистор THR1;     • первичную обмотку пускового трансформатора Т1. Рисунок 56. Схема электрическая принципиальная импульсного блока питания ИБП PS-6220C     На выходе выпрямителя BR1 включены сглаживающие емкости фильтра С1, С2. Терморезистор THR ограничивает начальный бросок зарядного тока этих конденсаторов. Переключатель 115V/230V SW обеспечивает возможность питания импульсного блока питания как от сети 220-240В, так и от сети 110/127 В.     Высокооомные резисторы R1, R2, шунтирующие конденсаторы С1, С2 являются симметрирующими (выравнивают напряжения на С1 и С2), а также обеспечивают разрядку этих конденсаторов после выключения импульсного блока питания из сети. Результатом работы входных цепей является появление на шине выпрямленного напряжения сети постоянного напряжения Uep, равного +310В, с некоторыми пульсациями. В данном импульсном блоке питания используется схема запуска с принудительным (внешним) возбуждением, которая реализована на специальном пусковом трансформаторе Т1, на вторичной обмотке которого после включения блока питания в сеть появляется переменное напряжение с частотой питающей сети. Это напряжение выпрямляется диодами D25, D26, которые образуют со вторичной обмоткой Т1 двухполупериодную схему выпрямления со средней точкой. СЗО – сглаживающая емкость фильтра, на которой образуется постоянное напряжение, используемое для питания управляющей микросхемы U4.     В качестве управляющей микросхемы в данном импульсном блоке питания традиционно используется ИМС TL494.     Питающее напряжение с конденсатора СЗО подается на вывод 12 U4. В результате на выводе 14 U4 появляется выходное напряжение внутреннего опорного источника Uref=-5B, запускается внутренний генератор пилообразного напряжения микросхемы, а на выводах 8 и 11 появляются управляющие напряжения, которые представляют собой последовательности прямоугольных импульсов с отрицательными передними фронтами, сдвинутые друг относительно друга на половину периода. Элементы С29, R50, подключенные к выводам 5 и 6 микросхемы U4 определяют частоту пилообразного напряжения, вырабатываемого внутренним генератором микросхемы.     Согласующий каскад в данном импульсном блоке питания выполнен по бестранзисторной схеме с раздельным управлением. Напряжение питания с конденсатора СЗО подается в средние точки первичных обмоток управляющих трансформаторов Т2, ТЗ. Выходные транзисторы ИМС U4 выполняют функции транзисторов согласующего каскада и включены по схеме с ОЭ. Эмиттеры обоих транзисторов (выводы 9 и 10 микросхемы) подключены к “корпусу”. Коллекторными нагрузками этих транзисторов являются первичные полуобмотки управляющих трансформаторов Т2, ТЗ, подключенные к выводам 8, 11 микросхемы U4 (открытые коллекторы выходных транзисторов). Другие половины первичных обмоток Т2, ТЗ с подключенными к ним диодами D22, D23 образуют цепи размагничивания сердечников этих трансформаторов.     Трансформаторы Т2, ТЗ управляют мощными транзисторами полумостового инвертора.     Переключения выходных транзисторов микросхемы вызывают появление импульсных управляющих ЭДС на вторичных обмотках управляющих трансформаторов Т2, ТЗ. Под действием этих ЭДС силовые транзисторы Q1, Q2 попеременно открываются с регулируемыми паузами (“мертвыми зонами”). Поэтому через первичную обмотку силового импульсного трансформатора Т5 протекает переменный ток в виде пилообразных токовых импульсов. Это объясняется тем, что первичная обмотка Т5 включена в диагональ электрического моста, одно плечо которого образовано транзисторами Q1, Q2, а другое – конденсаторами С1, С2. Поэтому при открывании какого-либо из транзисторов Q1, Q2 первичная обмотка Т5 оказывается подключена к одному из конденсаторов С1 или С2, что и обуславливает протекание через нее тока в течение всего времени, пока открыт транзистор.     Демпферные диоды D1, D2 обеспечивают возврат энергии, запасенной в индуктивности рассеяния первичной обмотки Т5 за время закрытого состояния транзисторов Q1, Q2 обратно в источник (рекуперация).     Цепочка С4, R7, шунтирующая первичную обмотку Т5, способствует подавлению высокочастотных паразитных колебательных процессов, которые возникают в контуре, образованном индуктивностью первичной обмотки Т5 и ее меж-витковой емкостью, при закрываниях транзисторов Q1, Q2, когда ток через первичную обмотку резко прекращается.     Конденсатор СЗ, включенный последовательно с первичной обмоткой Т5, ликвидирует постоянную составляющую тока через первичную обмотку Т5, исключая тем самым нежелательное подмагничивание его сердечника.     Резисторы R3, R4 и R5, R6 образуют базовые делители для мощных транзисторов Q1, Q2 соответственно и обеспечивают оптимальный режим их переключения с точки зрения динамических потерь мощности на этих транзисторах.     Протекание переменного тока через первичную обмотку Т5 обуславливает наличие знакопеременных прямоугольных импульсных ЭДС на вторичных обмотках этого трансформатора.     Силовой трансформатор Т5 имеет три вторичные обмотки, каждая из которых имеет вывод от средней точки.     Обмотка IV обеспечивает получение выходного напряжения +5В. Диодная сборка SD2 (полумост) образует с обмоткой IV двухполупериодную схему выпрямления со средней точкой (средняя точка обмотки IV заземлена).     Элементы L2, СЮ, С11, С12 образуют сглаживающий фильтр в канале +5В.     Для подавления паразитных высокочастотных колебательных процессов, возникающих при коммутациях диодов сборки SD2, эти диоды за-шунтированы успокаивающими RC-цепочками С8, R10nC9, R11.     Диоды сборки SD2 представляют собой диоды с барьером Шоттки, чем достигается необходимое быстродействие и повышается КПД выпрямителя.     Обмотка III совместно с обмоткой IV обеспечивает получение выходного напряжения +12В вместе с диодной сборкой (полумостом) SD1. Эта сборка образует с обмоткой III двухполупериодную схему выпрямления со средней точкой. Однако средняя точка обмотки III не заземлена, а подключена к шине выходного напряжения +5В. Это даст возможность использовать диоды Шоттки в канале выработки +12В, т.к. обратное напряжение, прикладываемое к диодам выпрямителя при таком включении, уменьшается до допустимого для диодов Шоттки уровня.     Элементы L1, С6, С7 образуют сглаживающий фильтр в канале +12В.     Резисторы R9, R12 предназначены для ускорения разрядки выходных конденсаторов шин +5В и +12В после выключения ИБП из сети.     RC-цепочка С5, R8 предназначена для подавления колебательных процессов, возникающих в паразитном контуре, образованном индуктивностью обмотки III и ее межвитковой емкостью.     Обмотка И с пятью отводами обеспечивает получение отрицательных выходных напряжений -5В и-12В.     Два дискретных диода D3, D4 образуют полумост двухполупериодного выпрямления в канале выработки -12В, а диоды D5, D6 – в канале -5В.     Элементы L3, С14 и L2, С12 образуют сглаживающие фильтры для этих каналов.     Обмотка II, также как и обмотка III, зашунтиро-вана успокоительной RC-цепочкой R13, С13.     Средняя точка обмотки II заземлена.     Стабилизация выходных напряжений осуществляются разными способами в разных каналах.     Отрицательные выходные напряжения -5В и -12В стабилизируются при помощи линейных интегральных трехвыводных стабилизаторов U4 (типа 7905) и U2 (типа 7912).     Для этого на входы этих стабилизаторов подаются выходные напряжения выпрямителей с конденсаторов С14, С15. На выходных конденсаторах С16, С17 получаются стабилизированные выходные напряжения -12В и -5В.     Диоды D7, D9 обеспечивают разрядку выходных конденсаторов С16, С17 через резисторы R14, R15 после выключения импульсного блока питания из сети. Иначе эти конденсаторы разряжались бы через схему стабилизаторов, что нежелательно.     Через резисторы R14, R15 разряжаются и конденсаторы С14, С15.     Диоды D5, D10 выполняют защитную функцию в случае пробоя выпрямительных диодов.     Если хотя бы один из этих диодов (D3, D4, D5 или D6) окажется “пробитым”, то в отсутствие диодов D5, D10 ко входу интегрального стабилизатора U1 (или U2) прикладывалось бы положительное импульсное напряжение, а через электролитические конденсаторы С14 или С15 протекал бы переменный ток, что привело бы к выходу их из строя.     Наличие диодов D5, D10 в этом случае устраняет возможность возникновения такой ситуации, т.к. ток замыкается через них.     Например, в случае, если “пробит” диод D3, положительная часть периода, когда D3 должен быть закрыт, ток замкнется по цепи: к-а D3 – L3 -D7- D5- “корпус”.     Стабилизация выходного напряжения +5В осуществляется методом ШИМ. Для этого к шине выходного напряжения +5В подключен измерительный резистивный делитель R51, R52. Сигнал, пропорциональный уровню выходного напряжения в канале +5В, снимается с резистора R51 и подается на инвертирующий вход усилителя ошибки DA3 (вывод 1 управляющей микросхемы). На прямой вход этого усилителя (вывод 2) подается опорный уровень напряжения, снимаемый с резистора R48, входящего в делитель VR1, R49, R48, который подключен к выходу внутреннего опорного источника микросхемы U4 Uref=+5B. При изменениях уровня напряжения на шине +5В под воздействием различных дестабилизирующих факторов происходит изменение величины рассогласования (ошибки) между опорным и контролируемым уровнями напряжения на входах усилителя ошибки DA3. В результате ширина (длительность) управляющих импульсов на выводах 8 и 11 микросхемы U4 изменяется таким образом, чтобы вернуть отклонившееся выходное напряжение +5В к номинальному значению (при уменьшении напряжения на шине +5В ширина управляющих импульсов увеличивается, а при увеличении этого напряжения -уменьшается).     Устойчивая (без возникновения паразитной генерации) работа всей петли регулирования обеспечивается за счет цепочки частотно-зависимой отрицательной обратной связи, охватывающей усилитель ошибки DA3. Эта цепочка включается между выводами 3 и 2 управляющей микросхемы U4 (R47, С27).     Выходное напряжение +12В в данном ИБП не стабилизируется.     Регулировка уровня выходных напряжений в данном ИБП производится только для каналов +5В и +12В. Эта регулировка осуществляется за счет изменения уровня опорного напряжения на прямом входе усилителя ошибки DA3 при помощи подстроечного резистора VR1.     При изменении положения движка VR1 в процессе настройки ИБП будет изменяться в некоторых пределах уровень напряжения на шине +5В, а значит и на шине +12В, т.к. напряжение с шины +5В подается в среднюю точку обмотки III.     Комбинированная зашита данного ИБП включает в себя:     • ограничивающую схему контроля ширины управляющих импульсов;     • полную схему защиты от КЗ в нагрузках;     • неполную схему контроля выходного перенапряжения (только на шине +5В).     Рассмотрим каждую из этих схем.     Ограничивающая схема контроля использует в качестве датчика трансформатор тока Т4, первичная обмотка которого включена последовательно с первичной обмоткой силового импульсного трансформатора Т5.     Резистор R42 является нагрузкой вторичной обмотки Т4, а диоды D20, D21 образуют двухпо-лупериодную схему выпрямления знакопеременного импульсного напряжения, снимаемого с нагрузки R42.     Резисторы R59, R51 образуют делитель. Часть напряжения сглаживается конденсатором С25. Уровень напряжения на этом конденсаторе пропорционально зависит от ширины управляющих импульсов на базах силовых транзисторов Q1, Q2. Этот уровень через резистор R44 подается на инвертирующий вход усилителя ошибки DA4 (вывод 15 микросхемы U4). Прямой вход этого усилителя (вывод 16) заземлен. Диоды D20, D21 включены так, что конденсатор С25 при протекании тока через эти диоды заряжается до отрицательного (относительно общего провода) напряжения.     В нормальном режиме работы, когда ширина управляющих импульсов не выходит за допустимые пределы, потенциал вывода 15 положителен, благодаря связи этого вывода через резистор R45 с шиной Uref. При чрезмерном увеличении ширины управляющих импульсов по какой-либо причине, отрицательное напряжение на конденсаторе С25 возрастает, и потенциал вывода 15 становится отрицательным. Это приводит к появлению выходного напряжения усилителя ошибки DA4, которое до этого было равно 0В. Дальнейший рост ширины управляющих импульсов приводит к тому, что управление переключениями ШИМ-ком-паратора DA2 передается к усилителю DA4, и последующего за этим увеличения ширины управляющих импульсов уже не происходит (режим ограничения), т.к. ширина этих импульсов перестает зависеть от уровня сигнала обратной связи на прямом входе усилителя ошибки DA3.     Схема защиты от КЗ в нагрузках условно может быть разделена на защиту каналов выработки положительных напряжений и защиту каналов выработки отрицательных напряжений, которые схемотехнически реализованы примерно одинаково.     Датчиком схемы защиты от КЗ в нагрузках каналов выработки положительных напряжений (+5В и +12В) является диодно-резистивный делитель D11, R17, подключенный между выходными шинами этих каналов. Уровень напряжения на аноде диода D11 является контролируемым сигналом. В нормальном режиме работы, когда напряжения на выходных шинах каналов +5В и +12В имеют номинальные величины, потенциал анода диода D11 составляет около +5,8В, т.к. через делитель-датчик протекает ток с шины +12В на шину +5В по цепи: шина +12В – R17- D11 – шина +56.     Контролируемый сигнал с анода D11 подается на резистивный делитель R18, R19. Часть этого напряжения снимается с резистора R19 и подается на прямой вход компаратора 1 микросхемы U3 типа LM339N. На инвертирующий вход этого компаратора подается опорный уровень напряжения с резистора R27 делителя R26, R27, подключенного к выходу опорного источника Uref=+5B управляющей микросхемы U4. Опорный уровень выбран таким, чтобы при нормальном режиме работы потенциал прямого входа компаратора 1 превышал бы потенциал инверсного входа. Тогда выходной транзистор компаратора 1 закрыт, и схема ИБП нормально функционирует в режиме ШИМ.     В случае КЗ в нагрузке канала +12В, например, потенциал анода диода D11 становится равным 0В, поэтому потенциал инвертирующего входа компаратора 1 станет выше, чем потенциал прямого входа, и выходной транзистор компаратора откроется. Это вызовет закрывание транзистора Q4, который нормально открыт током базы, протекающим по цепи: шина Upom – R39 – R36 -б-э Q4 – “корпус”.     Открывание выходного транзистора компаратора 1 подключает резистор R39 к “корпусу”, и поэтому транзистор Q4 пассивно закрывается нулевым смещением. Закрывание транзистора Q4 влечет за собой зарядку конденсатора С22, который выполняет функцию звена задержки срабатывания защиты. Задержка необходима из тех соображений, что в процессе выхода ИБП на режим, выходные напряжения на шинах +5В и +12В появляются не сразу, а по мере зарядки выходных конденсаторов большой емкости. Опорное же напряжение от источника Uref, напротив, появляется практически сразу же после включения ИБП в сеть. Поэтому в пусковом режиме компаратор 1 переключается, его выходной транзистор открывается, и если бы задерживающий конденсатор С22 отсутствовал, то это привело бы к срабатыванию защиты сразу при включении ИБП в сеть. Однако в схему включен С22, и срабатывание защиты происходит лишь после того как напряжение на нем достигнет уровня, определяемого номиналами резисторов R37, R58 делителя, подключенного к шине Upom и являющегося базовым для транзистора Q5. Когда это произойдет, транзистор Q5 открывается, и резистор R30 оказывается подключен через малое внутреннее сопротивление этого транзистора к “корпусу”. Поэтому появляется путь для протекания тока базы транзистора Q6 по цепи: Uref – э-6 Q6 – R30 – к-э Q5 -“корпус”.     Транзистор Q6 открывается этим током до насыщения, в результате чего напряжение Uref=5B, которым запитан по эмиттеру транзистор Q6, оказывается приложенным через его малое внутреннее сопротивление к выводу 4 управляющей микросхемы U4. Это, как было показано ранее, ведет к останову работы цифрового тракта микросхемы, пропаданию выходных управляющих импульсов и прекращению переключении силовых транзисторов Q1, Q2, т.е. к защитному отключению. КЗ в нагрузке канала +5В приведет к тому, что потенциал анода диода D11 будет составлять всего около +0.8В. Поэтому выходной транзистор компаратора (1) окажется открыт, и произойдет защитное отключение.     Аналогичным образом построена защита от КЗ в нагрузках каналов выработки отрицательных напряжений (-5В и -12В) на компараторе 2 микросхемы U3. Элементы D12, R20 образуют диодно-резистивный делитель-датчик, подключаемый между выходными шинами каналов выработки отрицательных напряжений. Контролируемым сигналом является потенциал катода диода D12. При КЗ в нагрузке канала -5В или -12В, потенциал катода D12 повышается (от -5,8 до 0В при КЗ в нагрузке канала -12В и до -0,8В при КЗ в нагрузке канала -5В). В любом из этих случаев открывается нормально закрытый выходной транзистор компаратора 2, что и обуславливает срабатывание защиты по приведенному выше механизму. При этом опорный уровень с резистора R27 подается на прямой вход компаратора 2, а потенциал инвертирующего входа определяется номиналами резисторов R22, R21. Эти резисторы образуют двуполярно запитанный делитель (резистор R22 подключен к шине Uref=+5B, а резистор R21 – к катоду диода D12, потенциал которого в нормальном режиме работы ИБП, как уже отмечалось, составляет -5,8В). Поэтому потенциал инвертирующего входа компаратора 2 в нормальном режиме работы поддерживается меньшим, чем потенциал прямого входа, и выходной транзистор компаратора будет закрыт.     Защита от выходного перенапряжения на шине +5В реализована на элементах ZD1, D19, R38, С23. Стабилитрон ZD1 (с пробивным напряжением 5,1В) подключается к шине выходного напряжения +5В. Поэтому, пока напряжение на этой шине не превышает +5,1 В, стабилитрон закрыт, а также закрыт транзистор Q5. В случае увеличения напряжения на шине +5В выше +5,1В стабилитрон “пробивается”, и в базу транзистора Q5 течет отпирающий ток, что приводит к открыванию транзистора Q6 и появлению напряжения Uref=+5B на выводе 4 управляющей микросхемы U4, т.е. к защитному отключению. Резистор R38 является балластным для стабилитрона ZD1. Конденсатор С23 предотвращает срабатывание защиты при случайных кратковременных выбросах напряжения на шине +5В (например, в результате установления напряжения после скачкообразного уменьшения тока нагрузки). Диод D19 является развязывающим.     Схема образования сигнала PG в данном импульсном блоке питания является двухфункциональной и собрана на компараторах (3) и (4) микросхемы U3 и транзисторе Q3.     Схема построена на принципе контроля наличия переменного низкочастотного напряжения на вторичной обмотке пускового трансформатора Т1, которое действует на этой обмотке лишь при наличии питающего напряжения на первичной обмотке Т1, т. е. пока импульсный блок питания включен в питающую сеть.     Практически сразу после включения ИБП в питающую сеть появляется вспомогательное напряжение Upom на конденсаторе СЗО, которым запитывается управляющая микросхема U4 и вспомогательная микросхема U3. Кроме того, переменное напряжение со вторичной обмотки пускового трансформатора Т1 через диод D13 и то-коограничивающий резистор R23 заряжает конденсатор С19. Напряжением с С19 запитывается резистивный делитель R24, R25. С резистора R25 часть этого напряжения подается на прямой вход компаратора 3, что приводит к закрыванию его выходного транзистора. Появляющееся сразу вслед за этим выходное напряжение внутреннего опорного источника микросхемы U4 Uref=+5B за-питывает делитель R26, R27. Поэтому на инвертирующий вход компаратора 3 подается опорный уровень с резистора R27. Однако этот уровень выбран меньшим, чем уровень на прямом входе, и поэтому выходной транзистор компаратора 3 остается в закрытом состоянии. Поэтому начинается процесс зарядки задерживающей емкости С20 по цепи: Upom – R39 – R30 – С20 – “корпус”.     Растущее по мере зарядки конденсатора С20 напряжение подается на инверсный вход 4 микросхемы U3. На прямой вход этого компаратора подается напряжение с резистора R32 делителя R31, R32, подключенного к шине Upom. Пока напряжение на заряжающемся конденсаторе С20 не превышает напряжения на резисторе R32, выходной транзистор компаратора 4 закрыт. Поэтому в базу транзистора Q3 протекает открывающий ток по цепи: Upom – R33 – R34 – 6-э Q3 – “корпус”.     Транзистор Q3 открыт до насыщения, а сигнал PG, снимаемый с его коллектора, имеет пассивный низкий уровень и запрещает запуск процессора. За это время, в течение которого уровень напряжения на конденсаторе С20 достигает уровня на резисторе R32, импульсный блок питания успевает надежно выйти в номинальный режим работы, т.е. все его выходные напряжения появляются в полном объеме.     Как только напряжение на С20 превысит напряжение, снимаемое с R32, компаратор 4 переключится, него выход ной транзистор откроется.     Это повлечет за собой закрывание транзистора Q3, и сигнал PG, снимаемый с его коллекторной нагрузки R35, становится активным (Н-уровня) и разрешает запуск процессора.     При выключении импульсного блока питания из сети на вторичной обмотке пускового трансформатора Т1 переменное напряжение исчезает. Поэтому напряжение на конденсаторе С19 быстро уменьшается из-за малой емкости последнего (1 мкф). Как только падение напряжения на резисторе R25 станет меньше, чем на резисторе R27, компаратор 3 переключится, и его выходной транзистор откроется. Это повлечет за собой защитное отключение выходных напряжений управляющей микросхемы U4, т.к. откроется транзистор Q4. Кроме того, через открытый выходной транзистор компаратора 3 начнется процесс ускоренной разрядки конденсатора С20 по цепи: (+)С20 – R61 – D14 – к-э выходного транзистора компаратора 3 – “корпус”.     Как только уровень напряжения на С20 станет меньше, чем уровень напряжения на R32, компаратор 4 переключится, и его выходной транзистор закроется. Это повлечет за собой открывание транзистора Q3 и переход сигнала PG в неактивный низкий уровень до того, как начнут недопустимо уменьшаться напряжения на выходных шинах ИБП. Это приведет к инициализации сигнала системного сброса компьютера и к исходному состоянию всей цифровой части компьютера.     Оба компаратора 3 и 4 схемы выработки сигнала PG охвачены положительными обратными связями с помощью резисторов R28 и R60 соответственно, что ускоряет их переключение.     Плавный выход на режим в данном ИБП традиционно обеспечивается при помощи формирующей цепочки С24, R41, подключенной к выводу 4 управляющей микросхемы U4. Остаточное напряжение на выводе 4, определяющее максимально возможную длительность выходных импульсов, задается делителем R49, R41.     Питание двигателя вентилятора осуществляется напряжением с конденсатора С14 в канале выработки напряжения -12В через дополнительный развязывающий Г-образный фильтр R16, С15. Транзисторы, используемый в компьютерных импульсных блоках питания Тип транзистора IK max, А Ur max (Uкэ0 max, B Uкб0 max, В Pк max, Вт Tmax,°C h21э Режим измерения Iкб0,мкА fгр, МГц CK,пФ tсп,мкс Корпус Uкэ, В Iк, A 2SC3320 15 400 600 100 – >10 6 5 – – – 0-15 ТО-247 2SC3042 12 (400) 500 2,5 140 15-50 5 0.8 10 20 – – ТО-218 2SC2625 10 400 650 100 – >10 2 5 – 20 – 1 ТО-247 2SC3318 10 400 600 100 – >10 2 5 — — — 0.15 ТО-247 2SC3306 10 400 530 100 140 >10 5 5 0,1 – – 1 ТО-247 MJE16080 8 400 800 100 140 15-25 – 4 2500 20 – – ТО-220АВ 2N6929 8 350 550 100 175 10-35 8 3 100 20 – – ТО-220АВ 2SC3040 8 (400) 500 2.5 140 15-50 5 0.8 10 20 – – ТО-218 2N6928 8 300 450 100 175 10-35 8 3 100 25 – – ТО-220АВ 2SC3636 7 500 900 80 150 >8 0,8 5 10 – – 0.2 SOT-93 (ТО-218) 2SC3039 7 (400) 500 1,7 140 15-50 5 0,8 10 20 – – ТО-220 2SC3039L 7 (400) 500 1.7 140 15-30 5 0.8 10 20 – – ТО-220 2SC3039M 7 (400) 500 1.6 140 20-30 5 0,8 10 20 – – ТО-220 2SC3039N 7 (400) 500 1,7 145 30-50 5 0,8 10 20 – – ТО-220 2SC3039 7 (400) 500 1.7 140 15-50 5 0,8 10 20 – – ТО-220 2SC3039L 7 (400) 500 1.7 140 15-30 5 0,8 10 20 – – ТО-220 2SC2536 7 400 500 80 140 >20 0,1 5 100 – – 1 SOT-93 (ТО-218) 2SC4242 7 400 450 60 – 210 40 5 – 30 – 1 ТО-220АВ 2SC2305 7 400 400 80 140 >10 5 4 10 – – – SOT-93 (ТО-218) 2SC3044A 6 450 450 100 175 >10 3 5 10 30 – – ТО-220АВ 2SC3755 5 800 1500 60 140 >8 1 5 10 – – 0.3 SOT-93 (ТО-218) 2SD1877 4 800 1500 50 140 3.5-7 2.5 5 10 20 – 0.3 SOT-93 (ТО-218) 2SD1883 4 800 1500 50 140 3.5-7 2.5 5 10 20 – 0.3 SOT-93 (ТО-218) 2SD1876 3 800 1500 50 145 3-6 2 5 10 25 – 0.3 SOT-93 (ТО-218) 2SC2378 0.1 (50) 70 0.25 125 185 6 0.1 0.1 250 3 – ТО-92 (ТО-226АА) 2SC945 0.1 50 60 0,25 125 200 6 0.001 0.1 250 3,5 – ТО-92 (ТО-226АА) 2SC945RA 0.1 (50) 60 0.25 125 180 5 0,001 0.1 250 3 – ТО-92 (ТО-226АА) 2SC945R 0.1 (50) 60 0.25 125 90 6 0,0013 0.1 250 3,5 – ТО-92 (ТО-226АА) 2SC945PA 0.1 (50) 60 0,25 125 400 6 0.001 0,1 250 3 – ТО-92 (ТО-226АА) 2SC945QA 0.1 (50) 60 0.25 125 270 6 0,001 0.1 250 3 – ТО-92 (ТО-226АА) 2SC945P 0.1 (50) 60 0.25 125 200 6 0.001 0,1 250 3,5 – ТО-92 (ТО-226АА) 2SC945Q 0.1 (50) 60 0,25 125 135 6 0.001 0.1 250 3.5 – ТО-92 (ТО-226АА) 2SC945KA 0.1 (50) 60 0,25 125 600 6 0.001 0.1 250 3 – ТО-92 (ТО-226АА) 2SC945LRA 0.1 (50) 60 0,25 125 180 6 0,001 0.1 250 3 – ТО-92 (ТО-226АА) 2SC945K 0.1 (50) 60 0.25 125 300 6 0.001 0.1 250 3.5 – ТО-92 (ТО-226АА) КТ375А 0.1 60 60 0.2 125 10-100 2 0.002 0.4 250 5 – ТО-92 (ТО-226АА) 2SC1222E 0,1 (50) 60 0.25 125 350 6 0,001 0,05 250 3.5 – ТО-92 (ТО-226АА) 2SC2308 0,1 (50) 60 0.2 125 100 12 0.002 – 230 – – ТО-92 (ТО-226АА) 2SC1345D 0.1 (50) 55 0.2 125 250 12 0.002 0.5 230 3.5 – ТО-92 (ТО-226АА) 2SC1570F 0.1 (50) 55 0.2 125 160 6 0.001 0,1 100 – – ТО-92 (ТО-226АА) 2SC641KC 0.1 (15) 40 0.1 125 80 5 0,001 0.25 400 0.9 – ТО-92 (ТО-226АА) 2SC2026 0.05 (14) 30 0,25 150 80 10 0.01 0.1 1500 0.75 – ТО-92 (ТО-226АА) 2SC2037 0,05 (14) 30 0.25 150 80 10 0.01 0,1 1500 0.75 – ТО-92 (ТО-226АА)     Адрес администрации сайта: [email protected]

Подключение блока питания к материнской плате: 3 шага

Почти всем частям аппаратной начинки ПК нужно питание, которое им обеспечивает специальное устройство. Оно ставится на материнку, а затем провода от него подключаются к другим девайсам. Как подсоединить такой элемент к плате правильно — в статье.

Какие функции выполняет блок питания

Этот компонент — источник электроэнергии, который:

• превращает ток из переменного в постоянный для обеспечения энергией начинки компьютера;
• стабилизирует электроэнергию, защищая комплектующие системы от сгорания при перепадах напряжения в сети;
• помогает поддерживать оптимальную температуру, поскольку оснащен вентилятором.

Примечание: если система собрана в корпусе с расположенным вверху БП, то его кулер почти не охлаждает другие элементы, но если он размещен снизу — воздух циркулирует лучше, охватывая большее количество компьютерных деталей.

Как подключить блок питания к материнской плате

Делается это в три коротких этапа. Лучше сфотографировать подключенный БП, который нужно менять, перед тем, как снять его с материнской панели. Это поможет не забыть, какой кабель куда нужно воткнуть.

Читайте также: Какие разъемы есть на материнской плате и какие у них названия: ликбез в 4 разделах

Отключаем старый блок питания

Если пользователь не собирает новый системник, и задача состоит только в том, чтобы поменять БП, то сперва нужно демонтировать ранее поставленный девайс.

Как делать:

1. Перед извлечением устройства необходимо полностью обесточить системный блок, после чего вынуть сетевой кабель непосредственно из БП. Рекомендуется подождать 3-5 минут, пока накопленная электроэнергия рассеется, а также надеть электростатический браслет — все это обеспечит безопасный демонтаж.

2. Вынимать блок питания лучше, положив корпус ПК на бок. Тогда при ослаблении фиксаторов БП не упадет на другие элементы.

3. Открыть корпус и все провода, которые идут от питающего устройства к комплектующим, переходникам, отсоединить.

Примечание: из самого блока никакие провода доставать не нужно.

4. Выкрутить фиксирующие винтики, которые располагаются на тыльной части корпуса, и вынуть девайс. 

Узнайте: Какой процессор лучше для игр, AMD или INTEL — выбираем из 2 производителей

Монтаж нового блока питания

Схема БП практически идентична процессу демонтажа, только все делается в обратном порядке:

• Поместить устройство в корпус.
• Прикрутить крепежные винты.

• Подключить все кабели в нужные разъемы на материнке и не забыть подсоединить провода к девайсам, которые требуют подпитки: процессору, видеоадаптеру.

Полезно: Совместимость процессора и материнской платы — как подобрать комплектующие: гайд в 3 разделах

Подключение

Для всех блоков питания есть стандартный набор кабелей. Что и для чего предназначено — в таблице. 

Примечание: MOLEX — устаревший разъем,. который раньше использовали для подключения винчестеров с PATA. Его редко, но можно встретить на современных моделях БП.

Инструкция: Установка процессора на материнскую плату: 3 шага

Что делать, если компьютер не включается

Если компьютер не реагирует на попытки включения после замены БП — возможно, что-то сделано неверно: не до конца подсоединен кабель или же к блоку питания подключены не все комплектующие.

Важно проверить корректность соединения всех элементов сборки, а также обратить внимание на положение кнопки на самом БП: она должна быть включенной.

Нужно посмотреть, есть ли напряжение в сети, подключив любой другой электроприбор. В моделях с усиленной защитой от перепадов напряжения, например, Proton 850W, может сработать блокировка при сильно заниженном или завышенном вольтаже.

Стоит открыть корпус и осмотреть визуально «внутренности», проверить надежность и корректность подключения составляющих системы. Можно попробовать отключить все периферийные девайсы и запустить комп повторно.

Совет: не лишней будет регулярная чистка ПК от пыли, которая может привести к нестабильной работе, поскольку мешает охлаждению. Бывает, что она просто засоряет контактную часть, из-за чего БП не сможет взаимодействовать с материнкой.

В тему: Как проверить блок питания для компьютера: правильная проверка БП 4 способами

Как видно, присоединить блок к «матери» и другим внутренним составляющим PC нетрудно. Главное — действовать аккуратно и помнить, для чего предназначен каждый кабель.

Схема блока питания компьютера – электрическая, структурная, подключение, импульсного

Работа любого компьютера невозможна без блока питания. Поэтому стоит отнестись серьезно к выбору. Ведь от стабильной и надежной работы БП будет зависеть работоспособность самого компьютера.

Что это такое

Главной задачей блока питания является преобразование переменного тока и дальнейшее формирование требуемого напряжения, для нормальной работы всех комплектующих ПК.

Напряжение, требуемое для работы комплектующих:

Кроме этих заявленных величин существует и дополнительное величины:

Фото: блок питания

БП выполняет роль гальванической развязки между электрическим током из розетки и комплектующими потребляющие ток. Простой пример, если произошла утечка тока и человек дотронулся до корпуса системного блока его ударило бы током, но благодаря блоку питания этого не происходит. Часто используются источники питания (ИП) формата ATX.

Обзор схем источников питания

Главной частью структурной схемы ИП, формата ATX, является полумостовой преобразователь. Работа преобразователей этого типа заключается в использовании двухтактного режима.

Стабилизация выходных параметров ИП осуществляется применением широтно-импульсной модуляции (ШИМ-контроллер) управляющих сигналов.

В импульсных источниках питания часто используется микросхема ШИМ-контроллера TL494, которая обладает рядом положительных свойств:

• приемлемые рабочие характеристики микросхемы. Это – малый пусковой ток, быстродействие;
• наличие универсальных внутренних элементов защиты;
• удобство использования.

Простой импульсный БП

Принцип работы обычного импульсного БП можно увидеть на фото.

Фото: блок схема работы импульсного

Первый блок выполняет изменение переменного тока в постоянный. Преобразователь выполнен в виде диодного моста, который преобразовывает напряжение, и конденсатора, сглаживающего колебания.

Кроме этих элементов могут присутствовать еще дополнительные комплектующие: фильтр напряжения и термисторы. Но, из-за дороговизны, эти комплектующие могут отсутствовать.

Генератор создает импульсы с определенной частотой, которые питают обмотку трансформатора. Трансформатор выполняет главную работу в БП, это – гальваническая развязка и преобразование тока до требуемых величин.

Далее переменное напряжение, генерируемое трансформатором, идет на следующий блок. Этот блок из диодов, выравнивающих напряжение, и фильтра пульсаций. Фильтр состоит из группы конденсаторов и дросселя.

Видео: Принцип работы ШИМ контроллера БП

АТХ без коррекции коэффициента

Простой импульсный БП хоть и рабочее устройство, но на практике его использовать неудобно. Многие из его параметров на выходе «плавают», в том числе и напряжение. Все эти показатели изменяются из-за нестабильного напряжения, температуры и загруженности выхода преобразователя.

Но если осуществлять управление этими показателями с помощью контроллера, который будет выполнять роль стабилизатора и дополнительные функции, то схема будет вполне пригодной для применения.

Структурная схема БП с использованием контроллера широтно-импульсной модуляции проста и представляет генератор импульсов на ШИМ-контроллере.

Фото: ИП для компьютера с ШИМ-контроллером

ШИМ-контроллер регулирует амплитуду изменения сигналов проходящих через фильтр низких частот (ФНЧ). Главным достоинством являются высокие показатели КПД усилителей мощности и широкие возможности в использовании.

АТХ с коррекцией коэффициента мощности

В новых источниках питания для ПК появляется дополнительный блок – корректор коэффициента мощности (ККМ). ККМ убирает появляющиеся погрешности мостового выпрямителя переменного тока и повышает коэффициент мощности (КМ).

Поэтому производителями активно изготавливаются БП с обязательной коррекцией КМ. Это означает, что ИП на компьютере будет работать в диапазоне от 300Вт и более.

Фото: схема блока питания компьютера 300w

В этих БП используют специальный дроссель с индуктивностью выше чем на входе. Такой ИП называют PFC или пассивным ККМ. Имеет внушительный вес из-за дополнительного использования конденсаторов на выходе выпрямителя.

Из недостатков можно выделить невысокую надежность ИП и некорректную работу с ИБП во время переключения режима работы «батарея/сеть».

Это связано с маленькой емкостью фильтра сетевого напряжения и в момент падения напряжения повышается ток ККМ, и в этот момент включается защита от короткого замыкания.

На двухканальном ШИМ-контролере

Часто используют в современных источниках питания для компьютера двухканальные ШИМ-контроллеры. Единственная микросхема способна выполнять роль преобразователя и корректора КМ, что сокращает общее количество элементов в схеме БП.

Фото: схема БП с использованием двухканального ШИМ-котроллера

 

В приведенной схеме первая часть выполняет формирование стабилизированного напряжение +38В, а вторая часть является преобразователем, который формирует стабилизированное напряжение +12В.

Схема подключения блока питания компьютера

Для подключения блока питания к компьютеру следует выполнить ряд последовательных действий:

• установить БП в системный блок. Все эти действия нужно выполнять аккуратно, чтобы не задеть остальные комплектующие;
• закрепить БП к задней панели системного блока специальными винтами;
• подсоединить кабели питания ко всем устройствам находящимся в системном блоке (материнская плата, дисковод, видеокарта, винчестер). Особых предпочтений в порядке подключения нет, главное все сделать аккуратно и правильно.

  фото: схема подключения питания компьютера PcCar CarPc

Конструктивные особенности

Для подключения комплектующих персонального компьютера на БП предусмотрены различные разъемы. На задней его части расположен разъем под сетевой кабель и кнопка выключателя.

Кроме этого может находится еще на задней стенке БП и разъем для подключения монитора.

В различных моделях могут быть и другие разъемы: 

• индикатор напряжения;
• кнопки изменения режима работы вентилятора;
• переключатель входящего напряжения;
• USB-порты, встроенные в БП.

  Фото: внешний вид БП для ПК

В современных источниках питания для ПК реже устанавливают вентилятор на задней стенке, который вытягивал горячий воздух из БП. В замен этого решения начали использовать вентилятор на верхней стенке, который был больше и работал тише.

На некоторых моделях возможно встретить сразу два вентилятора. Из стенки, которая находится внутри системного блока, выходит провод со специальным разъемом для подачи тока на материнскую плату. На фото указаны возможные разъемы подключения и обозначение контактов.

Фото: обозначение контактов разъемов БП

Каждый цвет провода подает определенное напряжение:

• желтый — +12 В;
• красный — +5 В;
• оранжевый — +3,3 В;
• черный – заземление.

У различных производителей могут изменяться значения для этих цветов проводов.

Также есть разъемы для подачи тока комплектующим компьютера.

Фото: специальные разъемы для комплектующих

Параметры и характеристики

БП персонального компьютера имеет много параметров, которые могут не указываться в документации. На боковой этикетке указываются несколько параметров – это напряжение и мощность.

Мощность – основной показатель

Эта информация пишется на этикетке крупным шрифтом. Показатель мощности БП указывает на общее количество электроэнергии доступной для внутренних комплектующих.

Казалось бы, выбрать БП с требуемой мощностью будет достаточным просуммировать потребляемые показатели комплектующими и выбрать БП с небольшим запасом. Поэтому большой разницы между 200w и 250w не будет существенной.

Фото: Импульсный блок питания компьютера (ATX) на з00 Вт

Но на самом деле ситуация выглядит сложнее, потому что выдаваемое напряжение может быть разным — +12В, -12В и другим. Каждая линия напряжения потребляет определенную мощность. Но в БП расположен один трансформатор, который генерирует все напряжения, используемые ПК. В редких случаях может быть размещено два трансформатора. Это дорогой вариант и используется в качестве источника на серверах.

В простых же БП используется 1 трансформатор. Из-за этого мощность на линиях напряжений может меняться, увеличиваться при малой нагрузке на других линиях и наоборот уменьшаться.

Рабочие напряжение

При выборе БП следует обратить внимание на максимальные значения рабочих напряжений, а также диапазон входящих напряжений, он должен быть от 110В до 220В.

Правда большинство из пользователей на это не обращают своего внимания и выбирая БП с показателями от 220В до 240В рискуют к появлению частых отключений ПК.

Фото: параметры блока питания компьютера

Такой БП будет выключаться при падении напряжения, которые не редкость для наших электросетей.Превышение заявленных показателей приведет к выключению ПК, сработает защита. Чтобы включить обратно БП придется отключить его от сети и подождать минуту.

Следует помнить, что процессор и видеокарта потребляю самое большее рабочее напряжение в 12В. Поэтому следует обращать внимание на эти показатели.Для снижения нагрузки на разъемы, линию 12В разделяют на пару параллельных с обозначением +12V1 и +12V2. Эти показатели должны быть указаны на этикетке.

Советы по выбору источника

Перед тем как выбрать для покупки БП, следует обратить внимание на потребляемую мощность внутренними компонентами ПК.

Но некоторые видеокарты требуют особый потребляемый ток +12В и эти показатели следует учитывать при выборе БП. Обычно для ПК, в котором установлена одна видеокарта, достаточно источника с мощностью в 500вт или 600.

Фото: Super Power 300X

Также следует ознакомится с отзывами покупателей и обзорами специалистов о выбранной модели, и компании производителе. Лучшие параметры, на которые следует обратить внимание, это: мощность, тихая работа, качество и соответствие написанным характеристикам на этикетке.

Вам необходимо настроить модем в режиме роутера! Подробнее в настройке модема в роутер ByFly.

Интересует настройка роутера ZYXEL KEENETIC LITE PPPoE? Читайте тут.

Настройка IPTV в роутере DIR 620 от Ростелеком? Читайте в статье.

Экономить при этом не следует, ведь от работы БП будет зависеть работа всего ПК. Поэтому чем качественнее и надежнее источник, тем дольше прослужит компьютер. Пользователь может быть уверен, что сделал правильный выбор и не беспокоится о внезапных выключениях своего ПК.

3.4. Принципиальная схема. Импульсные блоки питания для IBM PC

3.4. Принципиальная схема

Импульсные источники питания данного класса имеют несколько различных модификаций схемотехнической реализации отдельных вспомогательных узлов. Принципиальных различий в их рабочих характеристиках нет, а разнообразие объясняется множеством производителей блоков питания. Поэтому при описании узлов и каскадов источников питания и особенностей их функционирования будут также приведены и графические иллюстрации вариантов их исполнения. Для подробного обсуждения принципа построения и функционирования блока питания компьютеров типа AT/XT в качестве базовой выбрана модель, принципиальная схема которой показана на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Принципиальная схема импульсного блока питания

На принципиальной схеме не показан сетевой выключатель, так как он относится к системному модулю компьютера. В самом блоке питания по входу первичной электрической сети установлен предохранитель – необходимый элемент системы защиты. Предохранитель предназначен для отключения импульсного источника питания от питающей сети при возникновении в нем неисправностей и не используется для сохранения работоспособности активных элементов источника питания, так как обладает высокой тепловой инерционностью. Процессы пробоя развиваются лавинообразно, остановить их может только электронная защита. Предохранитель способен лишь предотвратить лавинообразное нарастание процесса, который разрушает конструктивные элементы блока питания и повреждает проводники печатной платы.

Терморезистор TR1, также подключенный по входу первичной цепи, имеет отрицательный коэффициент сопротивления. Этот элемент имеет максимальное значения сопротивления в холодном состоянии, то есть в момент включения источника. Основным назначением терморезистора TR1 является ограничение пускового тока, протекающего по входной цепи блока питания. При включении источника питания возникает скачок тока, так как конденсаторы сглаживающего фильтра C10 и C11 в начальный момент времени не заряжены и их сопротивление крайне мало. По мере их заряда уровень тока, протекающего по входным цепям блока питания, постепенно снижается. Под действием тока терморезистор TR1 медленно разогревается, а его сопротивление снижается. После выхода на рабочий режим сопротивление TR1 имеет значение десятых долей Ома и практически не влияет на общие энергетические показатели блока питания.

После терморезистора и предохранителя в первичную цепь источника питания включен сетевой фильтр. В конструкции фильтра использованы элементы, которые должны обеспечивать значительный уровень затухания помех, проникающих в источник питания и исходящих из него. В отсутствие сетевого фильтра блок питания можно применять только в идеальных условиях, при полном отсутствии приборов, способствующих возникновению помех. Но даже в этом случае целесообразность его установки вполне оправдана, так как фильтр значительно ограничивает уровень паразитных колебаний, проникающих в сеть от самого источника с импульсным преобразователем. Конструкцию входного фильтра рассчитывают из условий, обеспечивающих работу блока питания при кратковременных бросках и провалах сетевого напряжения. Стандарт отечественной сети переменного тока допускает изменение напряжения в диапазоне 220 В ±15 %. Но стандарт не может предусмотреть уровней кратковременных импульсных помех, источником которых являются приборы и устройства на основе электродвигателей, электромагнитных пускателей. Импульсные помехи от таких приборов могут проникать во вторичные цепи источника питания и оказывать негативное влияние на функционирование нагрузочных элементов. Наличие входного фильтра способствует устранению или значительному ослаблению влияния внешних помех на работоспособность блока питания и элементов нагрузки, подключенных к его вторичным цепям.

Помехоподавляющий фильтр представляет собой звено П-типа, состоящее из конденсаторов C1 – C4 и дросселя T, две обмотки которого намотаны в одном направлении на общий сердечник из материала с высоким значением магнитной проницаемости. Обмотки имеют одинаковое количество витков. Конденсаторы C3 и C4 включены последовательно, точка их соединения подключается к корпусной клемме блока питания. В отечественной сети выполняется заземление нулевого провода и поэтому точка соединения обязательно должна подключаться через корпус к «нулю». Таким образом, один из конденсаторов C3, C4 оказывается зашунтированным, а второй подключается параллельно конденсатору C2. Если корпус источника питания с таким фильтром оставить без подключения к защитному «нулю», то в средней точке емкостного делителя образуется напряжение, равное половине входного питающего напряжения.

Емкостное сопротивление конденсаторов C1 и C2 фильтра на частоте питающей сети достаточно большое и составляет примерно 145 кОм. Такое сопротивление не оказывает заметного влияния на помехи с частотой, близкой к частоте промышленной сети. Импульсные же помехи, имеющие спектр от десятков килогерц до нескольких мегагерц, замыкаются через малое сопротивление этих конденсаторов, и поэтому происходит значительное снижение их уровня. Полностью нейтрализовать помеху, проникающую из сети, одними конденсаторами не удается, и для более глубокой фильтрации применяется индуктивный элемент – дроссель Т1. По конструкции и техническому смыслу дроссель T1 больше похож на трансформатор, поэтому в специальной литературе иногда его называют нейтрализующим трансформатором. Каждая из обмоток дросселя включена в цепь потенциального проводника. По одной из обмоток протекает ток прямого направления, по второй – возвратный ток. Направление токов противоположно, но их величины абсолютно одинаковы. Токи, протекающие по каждой из обмоток, будут создавать магнитные потоки, равные по величине, но противоположные по направлениям. Взаимно противоположные потоки будут компенсировать друг друга. Ни один из потоков не будет преобладающим, а значит, не будет происходить намагничивание сердечника и индуктивность обмоток дросселя будет иметь максимально возможное значение. Это положение справедливо независимо от уровня тока потребления блока питания. Магнитные потоки, создаваемые колебаниями помехи, также взаимно компенсируются. Индуктивное сопротивление обмоток дросселя прямо пропорционально частоте протекающего тока. На частоте сети его величина относительно небольшая, но для высокочастотных колебаний помех она значительна. Затухание помех растет по мере увеличения их частоты. Установка отдельных дросселей на каждом отдельном проводнике будет производить значительно меньший эффект. В выпрямителе сетевого напряжения устанавливаются НЧ диоды. Ток, протекающий через сетевой выпрямитель, имеет пульсирующий характер, определяемый частотой переключения силовых транзисторов импульсного преобразователя. В моменты изменения полярности напряжения на диодах D1 – D4 выпрямителя происходит перезарядка их внутренней емкости. Этот процесс занимает определенный временной интервал. Диоды, изменяющие свое проводящее состояние на закрытое, не могут переключиться мгновенно, и некоторое время остаются открытыми. В это время одна пара диодов еще не закрыта, а вторая – постепенно открывается и начинает пропускать ток. Возникают сквозные токи, которые возбуждают кратковременные помеховые колебания. Подавление помех такого типа выполняют конденсаторы C2 – C4, подключенные к защитному заземлению или «нулю». Все конденсаторы сетевого фильтра рассчитаны на максимальное рабочее напряжение 1 кВ.

С помощью селектора уровня входного напряжения S1 выполняется переключение входной цепи блока питания для работы от сетевого напряжения с номинальными уровнями 220 или 115 В. Переключатель имеет только два состояния: замкнутое и разомкнутое. Разомкнутое состояние переключателя устанавливается, когда напряжение сети равно 220 В. Контакты переключателя замыкаются для подключения блока питания к сети с пониженным напряжением. Естественно, что при сохранении энергетического баланса, ток потребления и соответственно нагрузка на входные цепи источника питания при пониженном входном напряжении увеличивается в два раза по сравнению с режимом работы от 220 В. Действие переключателя достаточно подробно рассмотрено в главе 2 при описании аналогичного узла источника питания для компьютеров ATX форм-фактора. Следует еще раз отметить, что коммутация переключателя S1 при его замыкании переводит схему выпрямителя на работу в режиме удвоителя напряжения. Основная же цель установки переключателя заключается в сохранении уровня постоянного напряжения питания на силовом каскаде. Когда происходит коммутация транзисторов полумостового усилителя, на силовой трансформатор подается импульсное напряжение, полный размах которого равен напряжению питания силового каскада. Сохранение этого напряжения на неизменном уровне позволяет использовать все элементы силового каскада без каких-либо модификаций. В этом случае отпадает необходимость применения транзисторов для силового каскада с повышенным напряжением коллектор-эмиттер, а также не происходит коммутации обмоток трансформатора для изменения коэффициентов трансформации.

Диодный мост выпрямителя нагружен на два электролитических конденсатора C10 и C11, включенных последовательно, а таже на силовой каскад импульсного преобразователя. Конденсаторы входят в состав фильтра, сглаживающего выпрямленное пульсирующее напряжение. Параллельно каждому из конденсаторов С10 и С11 сглаживающего фильтра включены высокоомные резисторы соответственно R17 и R18, создающие цепь разряда конденсаторов при отключении источника питания от сети. Резисторы выбраны с такими номиналами сопротивления, чтобы не оказывать влияния на работу ВЧ преобразователя.

Вся остальная электрическая схема блока питания предназначена непосредственно для генерации, усиления импульсных сигналов и их преобразования во вторичные напряжения, поступающие на элементы нагрузки. Этапы функционирования импульсного преобразователя приведены ниже в последовательности, соответствующей изложению материала в главе 2.

Но прежде чем перейти к детальному разбору функционирования отдельных каскадов, следует дать общую схему развития процессов, происходящих в блоке питания непосредственно после его включения в сеть. Именно начальный этап включения блоков питания для компьютеров AT/XT коренным образом отличается от более поздних модификаций, используемых в ATX системах.

В блоке питания, схема которого представлена на рис. 3.2, нет узла, аналогичного вспомогательному автогенератору ATX преобразователя, от которого блок управления получает первичное питание для запуска генератора импульсных последовательностей. Поэтому одним из основных вопросов при подключении к питающей сети такого источника является обеспечение начального запуска и первичная запитка узла управления. Решение этой проблемы заключается в особой конструкции силового каскада преобразователя и, в частности, в способе подключения трансформатора внешнего возбуждения T2 к базовой цепи транзистора Q5. Вторичная цепь T2 имеет три обмотки. Две из них традиционно подключены к базовым цепям силовых транзисторов Q5 и Q6, а третья – к эмиттеру транзистора Q5 и через конденсатор C15 с первичной обмоткой импульсного трансформатора T4. Базовая цепь каждого силового транзистора соединена со своим коллектором через резистор с большим сопротивлением. Таким образом, через резисторы R27 и R29 на базы транзисторов Q5 и Q6 подается положительное смещение. Благодаря этим двум особенностям происходит полное открывание одного из силовых транзисторов Q5 или Q6, в результате которого на вторичных обмотках появляется импульс напряжения. Этим импульсным напряжением заряжаются емкости конденсаторов C18 и C17, образующие сглаживающий фильтр. Положительная обкладка конденсатора C17 подключена к выводу питания IC1/12 микросхемы ШИМ регулятора. Уровня напряжения на конденсаторах C17 и C18 и энергии их заряда оказывается достаточно для запуска микросхемы IC1 и получения на выходах IC1/8,11 последовательностей импульсов. Через каскады промежуточного усилителя, выполненного на транзисторах Q3 и Q4, импульсы управления подаются в базовые цепи силовых транзисторов Q5 и Q6. Возникает устойчивый колебательный процесс переключения силовых транзисторов, происходящий под управлением импульсов, формируемых схемой управления. Когда импульсные колебания принимают установившийся характер, напряжения на вторичных обмотках нарастают до номинальных уровней, и происходит формирование сигнала «питание в норме». Далее начинает действовать система слежения за выходным уровнем напряжения канала +5 В и регулирования поступления энергии во вторичные цепи. Если нагрузка каналов находится в определенных пределах, источник питания обеспечивает энергетическую поддержку вторичных цепей. При резком и неконтролируемом отклонении уровня нагрузки, приводящего к КЗ по одному из каналов, включается система блокировки схемы управления и отключения силового каскада.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Как устроен блок питания, который работает в каждом системнике / Блог компании Дата-центр «Миран» / Хабр

Блок питания извлечён из корпуса. Пучок проводов слева подключается к компьютеру. Большой компонент посередине типа трансформатора — это фильтрующий индуктор. Кликабельно, как и все фотографии в статье

Вы когда-нибудь задумывались, что находится внутри блока питания (БП) вашего компьютера? Задача БП — преобразовать питание из сети (120 или 240 В переменного тока, AC) в стабильное питание постоянного, то есть однонаправленного тока (DC), который нужен вашему компьютеру. БП должен быть компактным и дешёвым, при этом эффективно и безопасно преобразовывать ток. Для этих целей при изготовлении используются различные методы, а сами БП внутри устроены гораздо сложнее, чем вы думаете.

В этой статье мы разберём блок стандарта ATX и объясним, как он работает¹.

Как и в большинстве современных БП, в нашем используется конструкция, известная как «импульсный блок питания» (ИБП). Это сейчас они очень дёшевы, но так было не всегда. В 1950-е годы сложные и дорогие ИБП использовались разве что в ракетах и космических спутниках с критическими требованиями к размеру и весу. Однако к началу 1970-х новые высоковольтные транзисторы и другие технологические усовершенствования значительно удешевили ИБП, так что их стали широко использовать в компьютерах. Сегодня вы можете за несколько долларов купить зарядное устройство для телефона с ИБП внутри.

Наш ИБП формата ATX упакован в металлический корпус размером с кирпич, из которого выходит множество разноцветных кабелей. Внутри корпуса мы видим плотно упакованные компоненты. Инженеры-конструкторы явно были озабочены проблемой компактности устройства. Многие компоненты накрыты радиаторами. Они охлаждают силовые полупроводники. То же самое для всего БП делает встроенный вентилятор. На КДПВ он справа.

Начнём с краткого обзора, как работает ИБП, а затем подробно опишем компоненты. Своеобразный «конвейер» на фотографии организован справа налево. Справа ИБП получает переменный ток. Входной переменный ток преобразуется в высоковольтный постоянный ток с помощью нескольких крупных фильтрующих компонентов. Этот постоянный ток включается и выключается тысячи раз в секунду для генерации импульсов, которые подаются в трансформатор. Тот преобразует высоковольтные импульсы в сильноточные низковольтные. Эти импульсы преобразуются в постоянный ток и фильтруются, чтобы обеспечить хорошее, чистое питание. Оно подаётся на материнскую плату, накопители и дисководы через кабели на фотографии слева.

Хотя процесс может показаться чрезмерно сложным, но большинство бытовой электроники от мобильника до телевизора на самом деле питаются через ИБП. Высокочастотный ток позволяет сделать маленький, лёгкий трансформатор. Кроме того, импульсные БП очень эффективны. Импульсы настраиваются таким образом, чтобы обеспечить только необходимую мощность, а не превращать избыточную мощность в отработанное тепло, как в линейном БП.

Первым делом входной переменный ток проходит через цепь входного фильтра, которая фильтрует электрический шум, то есть беспорядочные изменения электрического тока, ухудшающие качество сигнала.

Фильтр ниже состоит из индукторов (тороидальных катушек) и конденсаторов. Квадратные серые конденсаторы — специальные компоненты класса X для безопасного подключения к линиям переменного тока.

Компоненты входного фильтра

Переменный ток с частотой 60 герц в сети меняет своё направление 60 раз в секунду (AC), но компьютеру нужен постоянный ток в одном направлении (DC).

Полномостовой выпрямитель

на фотографии ниже преобразует переменный ток в постоянный. Выходы постоянного тока на выпрямителе отмечены знаками

?

и

+

, а переменный ток входит через два центральных контакта, которые

постоянно меняют свою полярность

. Внутри выпрямителя — четыре диода. Диод позволяет току проходить в одном направлении и блокирует его в другом направлении, поэтому в результате переменный ток преобразуется в постоянный ток, протекающий в нужном направлении.

На мостовом выпрямителе видна маркировка GBU606. Цепь фильтра находится слева от выпрямителя. Большой чёрный конденсатор справа — один из удвоителей напряжения. Маленький жёлтый конденсатор — это специальный керамический Y-конденсатор, который защищает от всплесков напряжения

Ниже — две схемы, как работает мостовой выпрямитель. На первой схеме у верхнего входа переменного тока положительная полярность. Диоды пропускают поток на выход DC. На второй схеме входы переменного тока поменяли полярность, как это происходит постоянно в AC. Однако конфигурация диодов гарантирует, что выходной ток остаётся неизменным (плюс всегда сверху). Конденсаторы сглаживают выход.

На двух схемах показан поток тока при колебаниях входного сигнала AC. Четыре диода заставляют ток течь в направлении по стрелке

Современные БП принимают «универсальное» входное напряжение от 85 до 264 вольт переменного тока, поэтому могут использоваться в разных странах независимо от напряжения в местной сети. Однако схема этого старого БП не могла справиться с таким широким диапазоном. Поэтому предусмотрен переключатель для выбора 115 или 230 В.

Переключатель 115/230 В

Переключатель использует умную схему с удвоителем напряжения. Идея в том, что при закрытом переключателе (на 115 В) вход AC обходит два нижних диода в мостовом выпрямителе, а вместо этого подключается непосредственно к двум конденсаторам. Когда «плюс» на верхнем входе AC, полное напряжение получает верхний конденсатор. А когда «плюс» снизу, то нижний. Поскольку выход DC идёт с обоих конденсаторов, на выходе всегда получается двойное напряжение. Дело в том, что остальная часть БП получает одинаковое напряжение независимо от того, на входе 115 или 230 В, что упрощает его конструкцию. Недостаток удвоителя в том, что пользователь обязан установить переключатель в правильное положение, иначе рискует повредить БП, а для самого БП требуются два больших конденсатора. Поэтому в современных БП удвоитель напряжения вышел из моды.

Схема удвоителя напряжения. Каждый конденсатор получает полный вольтаж, поэтому на выходе DC двойное напряжение. Серые диоды не используются в работе удвоителя

В целях безопасности высоковольтные и низковольтные компоненты разделены механически и электрически, см. фотографию ниже. На основной стороне находятся все цепи, которые подключаются к сети AC. На вторичной стороне — низковольтные цепи. Две стороны разделены «пограничной изоляцией», которая отмечена зелёным пунктиром на фотографии. Через границу не проходит

никаких

электрических соединений. Трансформаторы пропускают энергию через эту границу через магнитные поля без прямого электрического соединения. Сигналы обратной связи передаются на основную сторону с помощью оптоизоляторов, то есть световыми импульсами. Это разделение является ключевым фактором в безопасной конструкции: прямое электрическое соединение между линией AC и выходом БП создаёт опасность удара электрическим током.

Источник питания с маркировкой основных элементов. Радиаторы, конденсаторы, плата управления и выходные кабели удалены ради лучшего обзора (SB означает источник резервного питания, standby supply)

К этому моменту входной переменный ток преобразован в высоковольтный постоянный ток около 320 В

²

. Постоянный ток нарезается на импульсы переключающим (импульсным) транзистором (

switching transistor

на схеме выше). Это силовой МОП-транзистор (MOSFET)

³

. Поскольку во время использования он нагревается, то установлен на большом радиаторе. Импульсы подаются в главный трансформатор, который в некотором смысле является сердцем БП.

Трансформатор состоит из нескольких катушек проволоки, намотанных на намагничиваемый сердечник. Высоковольтные импульсы, поступающие в первичную обмотку трансформатора, создают магнитное поле. Сердечник направляет это магнитное поле на другие, вторичные обмотки, создавая в них напряжение. Так ИБП безопасно вырабатывает выходной ток: между двумя сторонами трансформатора нет электрического соединения, только соединение через магнитное поле. Другим важным аспектом является то, что в первичной обмотке много оборотов проволоки вокруг сердечника, а на вторичных контурах гораздо меньше. В результате получается понижающий трансформатор: выходное напряжение намного меньше входного, но при гораздо большем вольтаже.

Переключающий транзистор³ управляется интегральной схемой под названием «ШИМ-контроллер режима тока UC3842B». Этот чип можно считать мозгом БП. Он генерирует импульсы на высокой частоте 250 килогерц. Ширина каждого импульса регулируется для обеспечения необходимого выходного напряжения: если напряжение начинает падать, чип производит более широкие импульсы, чтобы пропускать больше энергии через трансформатор⁴.

Теперь можно посмотреть на вторую, низковольтную часть БП. Вторичная схема производит четыре выходных напряжения: 5, 12, ?12 и 3,3 вольта. Для каждого выходного напряжения отдельная обмотка трансформатора и отдельная схема для получения этого тока. Силовые диоды (ниже) преобразуют выходы трансформатора в постоянный ток. Затем индукторы и конденсаторы фильтруют выход от всплесков напряжения. БП должен регулировать выходное напряжение, чтобы поддерживать его на должном уровне даже при увеличении или уменьшении нагрузки. Интересно, что в БП используется несколько различных методов регулирования.

Крупным планом показаны выходные диоды. Слева вертикально установлены цилиндрические диоды. В центре — пары прямоугольных силовых диодов Шоттки, в каждом корпусе по два диода. Эти диоды прикреплены к радиатору для охлаждения. Справа обратите внимание на два медных провода в форме скоб. Они используются в качестве резисторов для измерения тока

Основными являются выходы 5 и 12 В. Они регулируются одной микросхемой контроллера на основной стороне. Если напряжение слишком низкое, микросхема увеличивает ширину импульсов, пропуская больше мощности через трансформатор и увеличивая напряжение на вторичной стороне БП. А если напряжение слишком высокое, чип уменьшает ширину импульса. Примечание: одна и та же схема обратной связи управляет выходами на 5 и 12 В, поэтому нагрузка на одном выходе может изменять напряжение на другом. В более качественных БП два выхода регулируются по отдельности⁵.

Нижняя сторона печатной платы. Обратите внимание на большое расстояние между цепями основной и вторичной сторон БП. Также обратите внимание, какие широкие металлические дорожки на основной стороне БП для тока высокого напряжения и какие тонкие дорожки для схем управления

Вы можете задать вопрос, как микросхема контроллера на основной стороне получает обратную связь об уровнях напряжения на вторичной стороне, поскольку между ними нет электрического соединения (на фотографии виден широкий зазор). Трюк в использовании хитроумной микросхемы под названием оптоизолятор. Внутри чипа на одной стороне чипа инфракрасный светодиод, на другой светочувствительный фототранзистор. Сигнал обратной связи подаётся на LED и детектируется фототранзистором на другой стороне. Таким образом оптоизолятор обеспечивает мост между вторичной и первичной сторонами, передавая информацию светом, а не электричеством⁶.

Источник питания также обеспечивает отрицательное выходное напряжение (?12 В). Это напряжение в основном устарело, но использовалось для питания последовательных портов и слотов PCI. Регулирование питания ?12 В кардинально отличается от регулирования +5 и +12 В. Выход ?12 В управляется стабилитроном (диодом Зенера) — это специальный тип диода, который блокирует обратный ток до определённого уровня напряжения, а затем начинает проводить его. Избыточное напряжение рассеивается в виде тепла через силовой резистор (розовый) под управлением транзистора и стабилитрона (поскольку этот подход расходует энергию впустую, современные высокоэффективные БП не используют такой метод регулирования).

Питание ?12 В регулируется крошечным стабилитроном ZD6 длиной около 3,6 мм на нижней стороне печатной платы. Соответствующий силовой резистор и транзистор A1015 находятся на верхней стороне платы

Пожалуй, наиболее интересной схемой регулирования является выход 3,3 В, который регулируется магнитным усилителем. Магнитный усилитель — это индуктор с особыми магнитными свойствами, которые заставляют его работать как ключ (переключатель). Когда ток подаётся в индуктор магнитного усилителя, то сначала он почти полностью блокирует ток, поскольку индуктор намагничивается и магнитное поле увеличивается. Когда индуктор достигает полной намагниченности (то есть насыщается), его поведение внезапно меняется — и индуктор позволяет частицам течь беспрепятственно. Магнитный усилитель в БП получает импульсы от трансформатора. Индуктор блокирует переменную часть импульса. Выход 3,3 В регулируется изменением ширины импульса⁷.

Магнитный усилитель представляет собой кольцо из ферритового материала с особыми магнитными свойствами. Вокруг кольца намотано несколько витков проволоки

В блоке питания есть небольшая плата, на которой размещена схема управления. Эта плата сравнивает напряжение с эталонным, чтобы генерировать сигналы обратной связи. Она отслеживает вольтаж также для того, чтобы генерировать сигнал «питание в норме» (power good). Схема установлена на отдельной перпендикулярной плате, поэтому не занимает много места в БП.

Основные компоненты установлены на верхней стороне платы со сквозными отверстиями, а нижняя сторона покрыта крошечными SMD-компонентами, которые нанесены путём поверхностного монтажа. Обратите внимание на резисторы с нулевым сопротивлением в качестве перемычек

В БП есть ещё вторая цепь — для резервного питания

⁹

. Даже когда компьютер формально «выключен», пятивольтовый источник резервного питания обеспечивает ему мощность 10 Вт для функций, которые продолжают работать: часы реального времени, функция пробуждения по локальной сети и др. Цепь резервного питания является почти независимым БП: она использует отдельную управляющую микросхему, отдельный трансформатор и отдельные компоненты на вторичной стороне DC, но те же самые компоненты на основной стороне AC. Эта система гораздо меньшей мощности, поэтому в цепи трансформатор меньшего размера.

Чёрно-жёлтые трансформаторы: трансформатор для резервного питания находится слева, а основной трансформатор — справа. Перед ним установлена микросхема для управления резервным питанием. Большой цилиндрический конденсатор справа — компонент удвоителя напряжения. Белые капли — это силикон, который изолирует компоненты и удерживает их на месте

Блок питания ATX сложно устроен внутри, с множеством компонентов, от массивных индукторов и конденсаторов до крошечных компонентов поверхностного монтажа

¹⁰

. Однако эта сложность позволяет выпускать эффективные, маленькие и безопасные БП. Для сравнения, я когда-то писал о

блоке питания 1940-х годов

, который выдавал всего 85 ватт мощности, но был размером с чемодан, весил 50 кг и стоил сумасшедшие деньги. В наше время с продвинутыми полупроводниками делают гораздо более мощные БП дешевле 50 долларов, и такое устройство поместится у вас в руке.

Блок питания REC-30 для телетайпа Model 19 (ВМФ США) 1940-х годов

Я уже писал о БП, включая историю блоков питания в IEEE Spectrum. Вам также могут понравиться детальные разборы зарядного устройства Macbook и зарядного устройства iPhone.

¹

Intel представила стандарт ATX для персональных компьютеров в 1995 году. Стандарт ATX (с некоторыми обновлениями) по-прежнему определяет конфигурацию материнской платы, корпуса и блока питания большинства настольных компьютеров. Здесь мы изучаем блок питания 2005 года, а современные БП более продвинутые и эффективные. Основные принципы те же, но есть некоторые изменения. Например, вместо магнитных усилителей почти везде используют преобразователи DC/DC.

Этикетка на блоке питания

На этикетке БП указано, что он изготовлен компанией Bestec для настольного компьютера Hewlett-Packard Dx5150. Этот БП слегка не соответствует формату ATX, он более вытянут в длину. [вернуться]

² Вы можете задать вопрос, почему AC напряжением 230 В преобразуется в постоянный ток 320 В. Причина в том, что напряжение переменного тока обычно измеряется как среднеквадратичное, которое в каком-то смысле усредняет изменяющуюся форму волны. По факту в 230-вольтовом сигнале AC есть пики до 320 вольт. Конденсаторы БП заряжаются через диоды до пикового напряжения, поэтому постоянный ток составляет примерно 320 вольт (хотя немного провисает в течение цикла). [вернуться]

³ Силовой транзистор представляет собой силовой МОП-транзистор FQA9N90C. Он выдерживает 9 ампер и 900 вольт. [вернуться]

⁴ Интегральная схема питается от отдельной обмотки на трансформаторе, которая выдаёт 34 вольта для её работы. Налицо проблема курицы и яйца: управляющая микросхема создаёт импульсы для трансформатора, но трансформатор питает управляющую микросхему. Решение — специальная цепь запуска с резистором 100 kΩ между микросхемой и высоковольтным током. Она обеспечивает небольшой ток для запуска микросхемы. Как только чип начинает отправлять импульсы на трансформатор, то питается уже от него. [вернуться]

⁵ Метод использования одного контура регулирования для двух выходов называется перекрёстным регулированием. Если нагрузка на одном выходе намного выше другого, напряжения могут отклоняться от своих значений. Поэтому во многих БП есть минимальные требования к нагрузке на каждом выходе. Более продвинутые БП используют DC/DC преобразователи для всех выходов, чтобы контролировать точность напряжения. Дополнительные сведения о перекрёстном регулировании см. в этих двух презентациях. Один из обсуждаемых методов — многоуровневая укладка выходных обмоток, как в нашем БП. В частности, 12-вольтовый выход реализован в виде 7-вольтового выхода поверх 5-вольтового выхода, что даёт 12 вольт. При такой конфигурации ошибка 10% (например) в 12-вольтовой цепи будет составлять всего 0,7 В, а не 1,2 В. [вернуться]

⁶ Оптоизоляторы представляют собой компоненты PC817, которые обеспечивают 5000 вольт изоляции между сторонами БП (то есть между высокой и низкой сторонами). Обратите внимание на прорезь в печатной плате под оптоизоляторами. Это дополнительная мера безопасности: она гарантирует, что ток высокого напряжения не пройдёт между двумя сторонами оптоизолятора вдоль поверхности печатной платы, например, при наличии загрязнения или конденсата (в частности, прорезь увеличивает расстояние утечки). [вернуться]

⁷ Ширина импульса через магнитный усилитель устанавливается простой схемой управления. В обратной части каждого импульса индуктор частично размагничивается. Схема управления регулирует напряжение размагничивания. Более высокий вольтаж усиливает размагничивание. Тогда индуктору требуется больше времени для повторного намагничивания, и, таким образом, он дольше блокирует входной импульс. При более коротком импульсе в цепи выходное напряжение уменьшается. И наоборот, более низкое напряжение размагничивания приводит к меньшему размагничиванию, поэтому входной импульс блокируется не так долго. В итоге выходное напряжение регулируется изменением напряжения размагничивания. Обратите внимание, что ширина импульса в магнитном усилителе регулируется управляющей микросхемой. Магнитный усилитель сокращает эти импульсы по мере необходимости при регулировании выходного напряжения 3,3 В. [вернуться]

⁸ Плата управления содержит несколько микросхем, включая операционный усилитель LM358NA, чип супервизора/сброса TPS3510P, четырёхканальный дифференциальный компаратор LM339N и прецизионный эталон AZ431. Чип супервизора интересный — он специально разработан для БП и контролирует выходное напряжение, чтобы оно было не слишком высоким и не слишком низким. Прецизионный эталон AZ431 — это вариант эталонного чипа TL431, который часто используется в БП для обеспечения опорного (контрольного) напряжения. Я уже писал о TL431. [вернуться]

⁹ Источник резервного питания использует другую конфигурацию — обратноходовой трансформатор. Здесь установлена управляющая микросхема A6151 с переключающим транзистором, что упрощает конструкцию.

Схема БП с использованием A6151. Она взята из справочника, поэтому не идентична схеме нашего БП, хотя близка к ней
[вернуться]

¹⁰ Если хотите изучить подробные схемы различных БП формата ATX, рекомендую сайт Дэна Мельника. Удивительно, сколько существует реализаций БП: различные топологии (полумостовые или прямые), наличие или отсутствие преобразования коэффициента мощности (PFC), разнообразные системы управления, регулирования и мониторинга. Наш БП довольно похож на БП с прямой топологией без PFC, внизу той странички на сайте Дэна. [вернуться]

---

Переделка компьютерного блока питания – Блоки питания – Источники питания

Подробное описание.

Хороший лабораторный блок питания – это довольно дорогое удовольствие и не всем радиолюбителям оно по карману.
Тем не менее в домашних условиях можно собрать не плохой по характеристикам блок питания, который вполне справится и с обеспечением питания различных радиолюбительских конструкций, и так же может служить и зарядным устройством для различных аккумуляторов.
Собирают такие блоки питания радиолюбители, как правило из компьютерных БП АТХ, которые везде доступны и дешевы.

В этой статье уделено мало внимания самой переделке АТХ, так как переделать компьютерный БП для радиолюбителя средней квалификации в лабораторный, или для каких то иных целей, обычно не составляет особого труда, а вот у начинающих радиолюбителей возникает по этому поводу много вопросов. В основном какие детали в БП нужно удалить, какие оставить, что добавить, чтобы такой БП превратить в регулируемый, ну и так далее.

Вот специально для таких радиолюбителей, я хочу в этой статье подробно рассказать о переделке компьютерных блоков питания АТХ в регулируемые БП, которые можно будет использовать и как лабораторный блок питания, и как зарядное устройство.

Для переделки нам понадобится исправный блок питания АТХ, который выполнен на ШИМ контроллере TL494 или его аналогах.
Схемы блоков питания на таких контроллерах в принципе отличаются друг от друга не сильно и все в основном похожи. Мощность блока питания не должна быть меньше той, которую планируете в будущем снимать с переделанного блока.

Давайте рассмотрим типовую схему блока питания АТХ, мощностью 250 Вт. У блоков питания “Codegen” схема почти не отличается от этой.

Схемы всех подобных БП состоят из высоковольтной и низковольтной части. На рисунке печатной платы блока питания (ниже) со стороны дорожек, высоковольтная часть отделена от низковольтной широкой пустой полосой (без дорожек), и находится справа (она меньше по размеру). Её мы трогать не будем, а будем работать только с низковольтной частью.
Это моя плата и на её примере я Вам покажу вариант переделки БП АТХ.

Низковольтная часть рассматриваемой нами схемы, состоит из ШИМ контроллера TL494, схемы на операционных усилителях, которая контролирует выходные напряжения блока питания, и в случае их несоответствия – даёт сигнал на 4-ю ножку ШИМ контроллера на выключение блока питания.
Вместо операционного усилителя на плате БП могут быть установлены транзисторы, которые в принципе выполняют ту же самую функцию.
Дальше идёт выпрямительная часть, которая состоит из различных выходных напряжений, 12 вольт, +5 вольт, -5 вольт, +3,3 вольта, из которых для наших целей будет необходим только выпрямитель +12 вольт (жёлтые выходные провода).
Остальные выпрямители и сопутствующие им детали необходимо будет удалить, кроме выпрямителя “дежурки”, который нам понадобится для питания ШИМ контроллера и куллера.
Выпрямитель дежурки даёт два напряжения. Обычно это 5 вольт и второе напряжение может быть в районе 9-10 вольт (используется для дежурного питания ТЛ-ки).
Мы и будем использовать для постоянного питания ШИМа второй выпрямитель. К нему также подключается и вентилятор (куллер).
На схеме ниже, я пометил высоковольтную часть зелёной линией, выпрямители “дежурки” – синей линией, а всё остальное, что необходимо будет удалить – красным цветом.

Итак всё, что помечено красным цветом – выпаиваем, а в нашем выпрямителе 12 вольт меняем штатные электролиты (16 вольт) на более высоковольтные, которые будут соответствовать будущему выходному напряжению нашего БП. Также необходимо будет выпаять в цепи 12-ой ножки ШИМ контроллера и средней части обмотки согласующего трансформатора – резистор R25 и диод D73 (если они есть в схеме), и вместо них в плату впаять перемычку, которая на схеме нарисована синей линией (можно просто замкнуть диод и резистор не выпаивая их). В некоторых схемах этой цепи может и не быть.

Далее в обвязке ШИМа на первой его ноге оставляем только один резистор, который идёт к выпрямителю +12 вольт.
На второй и третьей ноге ШИМа – оставляем только Задающую RC цепочку (на схеме R48 C28).
На четвёртой ноге ШИМа оставляем только один резистор (на схеме обозначен как R49. Да, ещё во многих схемах между 4-ой ногой и 13-14 ножками ШИМа – обычно стоит электролитический конденсатор, его (если он есть) тоже не трогаем, так как он предназначен для мягкого старта БП. В моей плате его просто не было, поэтому я его поставил.
Ёмкость его в стандартных схемах 1-10 мкФ.
Потом освобождаем 13-14 ножки от всех соединений, кроме соединения с конденсатором, и также освобождаем 15-ю и 16-ю ножки ШИМа.

После всех выполненных операций у нас должно получиться следующее.

Вот как это выглядит у меня на плате (ниже на рисунке).
Дроссель групповой стабилизации я здесь перемотал проводом 1,3-1,6 мм в один слой на родном сердечнике. Поместилось где то около 20-ти витков, но можно этого не делать и оставить тот, что был. С ним тоже всё хорошо работает.
На плату я так же установил другой нагрузочный резистор, который у меня состоит из двух параллельно включенных резисторов по 1,2 кОм 3W, общее сопротивление получилось 560 Ом.
Родной нагрузочный резистор рассчитан на 12 вольт выходного напряжения и имеет сопротивление 270 Ом. У меня выходное напряжение будет около 40-ка вольт, поэтому я поставил такой резистор.
Его нужно рассчитывать (при максимальном выходном напряжении БП на холостом ходу) на ток нагрузки 50-60 мА. Так как работа БП совсем без нагрузки не желательна, поэтому он и ставится в схему.

Вид платы со стороны деталей.

Теперь что необходимо будет нам добавить в подготовленную плату нашего БП, чтобы превратить его в регулируемый блок питания;

В первую очередь, чтобы не пожечь силовые транзисторы, нам нужно будет решить проблему стабилизации тока нагрузки и защиту от короткого замыкания.
На форумах по переделке подобных блоков, встретил такую интересную вещь – при экспериментах с режимом стабилизации тока, на форуме pro-radio, участник форума DWD привёл такую цитату, приведу её полностью:

“Я как-то рассказывал, что не смог получить нормальную работу ИБП в режиме источника тока при низком опорном напряжении на одном из входов усилителя ошибки ШИМ контроллера.
Более 50мВ – нормально, а меньше – нет. В принципе, 50мВ это гарантированный результат, а в принципе, можно получить и 25мВ, если постараться. Меньше – ни как не получалось. Работает не устойчиво и возбуждается или сбивается от помех. Это при плюсовом напряжении сигнала с датчика тока.
Но в даташите на TL494 есть вариант, когда с датчика тока снимается отрицательное напряжение.
Я переделал схему на этот вариант и получил отличный результат.
Вот фрагмент схемы.

Собственно, всё стандартно, кроме двух моментов.
Во первых, лучшая стабильность при стабилизации тока нагрузки при минусовом сигнале с датчика тока это случайность или закономерность?
Схема прекрасно работает при опорном напряжении в 5мВ!
При положительном сигнале с датчика тока стабильная работа получается только при более высоких опорных напряжениях (не менее 25мВ).
При номиналах резисторов 10Ом и 10КОм ток стабилизировался на уровне 1,5А вплоть до КЗ выхода.
Мне ток нужен больше, по этому поставил резистор на 30Ом. Стабилизация получилась на уровне 12…13А при опорном напряжении 15мВ.
Во вторых (и самое интересное), датчика тока, как такового у меня нет…
Его роль выполняет фрагмент дорожки на плате длиной 3см и шириной 1см. Дорожка покрыта тонким слоем припоя.
Если в качестве датчика использовать эту дорожку на длине 2см, то ток стабилизируется на уровне 12-13А, а если на длине 2,5см, то на уровне 10А.”

 

Так как этот результат оказался лучше стандартного, то и мы пойдём таким-же путём.

Для начала нужно будет отпаять от минусового провода средний вывод вторичной обмотки трансформатора (гибкую косу), или лучше не выпаивая её (если позволяет печатка) – перерезать печатную дорожку на плате, которая соединяет её с минусовым проводом.
Дальше нужно будет впаять между разрезом дорожки токовый датчик (шунт), который будет соединять средний вывод обмотки с минусовым проводом.

Шунты лучше всего брать из неисправных (если найдёте) стрелочных ампервольтметров (цешек), или из китайских стрелочных или цифровых приборов. Выглядят они примерно так. Вполне достаточно будет куска длинной 1,5-2,0 см.

Можно конечно попробовать поступить и так, как написал выше DWD, то есть если дорожка от косы к общему проводу достаточной длинны, то попробовать её использовать в качестве токового датчика, но я этого делать не стал, у меня плата попалась другой конструкции, вот такая, где обозначены красной стрелкой две проволочные перемычки, которые соединяли вывод косы с общим проводом, а между ними проходили печатные дорожки.

Поэтому после удаления лишних деталей с платы, я выпаял эти перемычки и на их место впаял токовый датчик от неисправной китайской “цешки”.
Потом на место припаял перемотанный дроссель, установил электролит и нагрузочный резистор.
Вот ка выглядит кусок платы у меня, где я красной стрелкой пометил установленный токовый датчик (шунт) на месте проволочной перемычки.

Потом отдельным проводом необходимо этот шунт соединить с ШИМом. Со стороны косы – с 15-ой ножкой ШИМа через резистор 10 Ом, а 16-ю ножку ШИМ-а соединить с общим проводом.
С помощью резистора 10 Ом можно будет подобрать максимальный выходной ток нашего БП. На схеме DWD стоит резистор 30 Ом, но начните пока с 10-ти Ом. Увеличение номинала этого резистора – увеличивает максимальный выходной ток БП.

Как я уже раньше говорил, выходное напряжение блока питания у меня около 40-ка вольт. Для этого я перемотал себе трансформатор, но в принципе можно не перематывать, а повысить выходное напряжение другим способом, но для меня этот способ оказался удобнее.
Обо всём этом я расскажу немного позже, а пока продолжим и начнём устанавливать на плату необходимые дополнительные детали, чтобы у нас получился работоспособный блок питания или зарядное устройство.

Ещё раз напомню, что если у Вас на плате между 4-ой и 13-14 ножками ШИМа не стоял конденсатор (как в моём случае), то его желательно добавить в схему.
Так же нужно будет установить два переменных резистора (3,3-47 кОм) для регулировки выходного напряжения (V) и тока (I) и соединить их с нижеприведённой схемой. Провода соединения желательно делать как можно короче.
Ниже я привёл только часть схемы, которая нам необходима – в такой схеме проще будет разобраться.
На схеме вновь установленные детали обозначены зелёным цветом.

Схема вновь установленных деталей.

Приведу немного пояснений по схеме;
– Самый верхний выпрямитель – это дежурка.
– Величины переменных резисторов показаны, как 3,3 и 10 кОм – стоят такие, какие нашлись.
– Величина резистора R1 указана 270 Ом – он подбирается по необходимому ограничению тока. Начинайте с малого и у Вас он может оказаться совсем другой величины, например 27 Ом;
– Конденсатор С3 я не пометил, как вновь установленные детали в расчёте на то, что он может присутствовать на плате;
– Оранжевой линией обозначены элементы, которые может придётся подбирать или добавлять в схему в процессе наладки БП.

Дальше разбираемся с оставшимся 12-ти вольтовым выпрямителем.
Проверяем, какое максимальное напряжение способен выдать наш БП.
Для этого временно отпаиваем от первой ноги ШИМа – резистор, который идёт на выход выпрямителя (по схеме выше на 24 кОм), затем нужно включить блок в сеть, предварительно соединить в разрыв любого сетевого провода, в качестве предохранителя – обычную лампу накаливания 75-95 Вт. Блок питания в этом случае выдаст нам максимальное напряжение, на которое он способен.

Прежде, чем включать блок питания в сеть, убедитесь, что электролитические конденсаторы в выходном выпрямителе заменены на более высоковольтные!

Все дальнейшие включения БП производить только с лампой накаливания, она убережёт БП от аварийных ситуаций, в случае каких либо допущенных ошибок. Лампа в этом случае просто загорится, а силовые транзисторы останутся целыми.

Дальше нам нужно зафиксировать (ограничить) максимальное выходное напряжение нашего БП.
Для этого резистор на 24 кОм (по схеме выше) от первой ноги ШИМа, меняем временно на подстроечный, например 50 кОм, и выставляем им необходимое нам максимальное напряжение. Желательно выставить так, что бы оно было меньше процентов на 10-15 от максимального напряжения, которое способен выдать наш БП. Вернее даже не желательно, а необходимо, для того, чтобы остался небольшой запас для регулировки ШИМ, то есть для стабилизации напряжения и тока.
Потом на место подстроечного резистора впаять постоянный.

Если Вы планируете этот БП использовать в качестве зарядного устройства, то штатную диодную сборку используемую в этом выпрямителе, можно оставить, так как её обратное напряжение 40 вольт и для зарядного устройства она вполне подойдёт.
Тогда максимальное выходное напряжение будущего зарядного нужно будет ограничить выше описанным способом, в районе 15-16 вольт. Для зарядного устройства 12-ти вольтовых АКБ это вполне достаточно и повышать этот порог не нужно.
Если планируете использовать Ваш переделанный БП в качестве регулируемого блока питания, где выходное напряжение будет больше 20-ти вольт, то эта сборка уже не подойдёт. Её нужно будет заменить на более высоковольтную с соответствующим током нагрузки.
Себе на плату я поставил две сборки в параллель по 16 ампер и 200 вольт.
При конструировании выпрямителя на таких сборках, максимальное выходное напряжение будущего блока питания может быть от 16-ти и до 30-32 вольт. Всё зависит от модели блока питания.
Если при проверке БП на максимально-выдавамое напряжение, БП выдаёт напряжение меньше планируемого, и кому то нужно будет больше напряжения на выходе (30-40 вольт например), то нужно будет вместо диодной – сборки собрать диодный мост, косу отпаять от своего места и оставить висеть в воздухе, а минусовой вывод диодного моста соединить на место выпаянной косы.

Схема выпрямителя с диодным мостом.

С диодным мостом выходное напряжение блока питания будет в два раза больше.
Очень хорошо для диодного моста подходят диоды КД213 (с любой буквой), выходной ток с которыми может достигать до 10-ти ампер, КД2999А,Б (до 20-ти ампер) и КД2997А,Б (до 30-ти ампер). Лучше всего конечно последние.
Все они выглядят вот так;

Нужно будет в таком случае продумать крепление диодов к радиатору и изоляцию их друг от друга.
Но я пошёл другим путём – просто перемотал трансформатор и обошёлся, как говорил выше. двумя диодными сборками в параллель, так как на плате было для этого предусмотрено место. Для меня этот путь оказался проще.

Перемотать трансформатор особого труда не составляет и как это сделать – рассмотрим ниже.

Для начала выпаиваем трансформатор из платы и смотрим по плате, к каким выводам припаяны 12-ти вольтовые обмотки.

В основном встречаются двух видов. Такие, как на фото.
Дальше нужно будет разобрать трансформатор. Проще конечно будет справиться с меньшими по размеру, но и бОльшие тоже поддаются.
Для этого нужно очистить сердечник от видимых остатков лака (клея), взять небольшую ёмкость, налить в неё воды, положить туда трансформатор, поставить на плиту, довести до кипения и “поварить” наш трансформатор 20-30 минут.

Для меньших трансформаторов это вполне достаточно (можно и меньше) и подобная процедура абсолютно не повредит сердечнику и обмоткам трансформатора.
Потом, придерживая сердечник трансформатора пинцетом (можно прямо в таре) – острым ножом пробуем отсоединить ферритовую перемычку от Ш-образного сердечника.

Делается это довольно легко, так как лак размягчается от такой процедуры.
Дальше так же аккуратно, пробуем освободить каркас от Ш-образного сердечника. Это тоже довольно просто делается.

Потом сматываем обмотки. Сначала идёт половина первичной обмотки, в основном около 20-ти витков. Сматываем её и запоминаем направление намотки. Второй конец этой обмотки можно и не отпаивать от места его соединения с другой половиной первички, если это не мешает дальнейшей работе с трансформатором.

Потом сматываем все вторички. Обычно идёт 4 витка сразу обеих половин 12-ти вольтовых обмоток, потом 3+3 витка 5-ти вольтовых. Всё сматываем, отпаиваем от выводов и наматываем новую обмотку.
Новая обмотка будет содержать 10+10 витков. Наматываем её проводом, диаметром 1,2 – 1,5 мм, или набором более тонких проводов (легче мотать) соответствующего сечения.
Начало обмотки припаиваем к одному из выводов, к которым была припаяна 12-ти вольтовая обмотка, мотаем 10 витков, направление намотки роли не играет, выводим отвод на “косу” и в том же направлении, что и начинали – мотаем ещё 10 витков и конец припаиваем на оставшийся вывод.
Дальше изолируем вторичку и наматываем на неё, смотанную нами ранее, вторую половину первички, в том же направлении, как она была намотана ранее.
Собираем трансформатор, впаиваем в плату и проверяем работу БП.

Если в процессе регулировки напряжения возникают какие либо посторонние шумы, писки, трески, то чтобы избавиться от них, нужно будет подобрать RC-цепочку, обведённую оранжевым эллипсом ниже на рисунке.

В некоторых случаях можно совсем убрать резистор и подобрать конденсатор, а в некоторых без резистора нельзя. Можно будет попробовать добавить конденсатор, или такую же RC цепочку, между 3 и 15 ножками ШИМа.
Если это не помогает, то нужно установить дополнительные конденсаторы (обведены оранжевым), номиналы их приблизительно 0,01 мкф. Если это мало помогает, то установить ещё и дополнительный резистор 4,7 кОм от второй ноги ШИМа к среднему выводу регулятора напряжения (на схеме не показан).

Потом нужно будет нагрузить выход БП, например автомобильной лампой ватт на 60, и попробовать регулировать ток резистором “I”.
Если предела регулировки тока будет мало, то нужно увеличить номинал резистора, который идёт от шунта (10 Ом), и снова попробовать регулировать ток.
Не следует ставить вместо этого резистора подстроечный, изменяйте его величину, только установкой другого резистора с большим или меньшим номиналом.

Может случиться так, что при увеличении тока – лампа накаливания в цепи сетевого провода загорится. Тогда нужно уменьшить ток, выключить БП и вернуть номинал резистора к предыдущему значению.

Ещё, для регуляторов напряжения и тока, лучше всего попробовать приобрести регуляторы СП5-35, которые бывают с проволочными и жесткими выводами.

Это аналог многооборотных резисторов (всего на полтора оборота), ось которого совмещена с плавным и грубым регулятором. Регулируется сначала “Плавно”, потом когда у него заканчивается предел, начинает регулироваться “Грубо”.
Регулировка такими резисторами очень удобна, быстра и точна, гораздо лучше, чем многооборотником. Но если их достать не удастся, то приобретите обычные многооборотные, такие например;

Ну вот вроде я всё Вам и рассказал, что планировал довести по переделке компьютерного БП, и надеюсь, что всё понятно и доходчиво.

Если у кого-то возникнут какие либо вопросы по конструкции блока питания, задавайте их ЗДЕСЬ на форуме.

Удачи Вам в конструировании!

 

Принципиальные электрические схемы компьютерного оборудования.

&nbsp &nbsp На этой страничке размещено несколько десятков электрических принципиальных схем, и полезные ссылки на ресурсы, связанные с темой ремонта оборудования. В основном, компьютерного. Помня о том, сколько сил и времени иногда приходилось затрачивать на поиск нужной информации, справочника или схемки, я собрал здесь почти все, чем пользовался при ремонте и что имелось в электронном виде. Надеюсь, кому-нибудь, что-нибудь пригодится.

Утилиты и справочники.

cables.zip – Разводка кабелей – Справочник в формате .chm. Автор данного файла – Кучерявенко Павел Андреевич. Большинство исходных документов были взяты с сайта pinouts.ru – краткие описания и распиновки более 1000 коннекторов, кабелей, адаптеров. Описания шин, слотов, интерфейсов. Не только компьютерная техника, но и сотовые телефоны, GPS-приемники, аудио, фото и видео аппаратуа, игровые приставки, интерфейсы автомобилей.

Конденсатор 1.0 – Программа предназначена для определения ёмкости конденсатора по цветовой маркировке (12 типов конденсаторов).

startcopy.ru – по моему мнению, это один из лучших сайтов рунета, посвященный ремонту принтеров, копировальной техники, многофункциональных устройств. Можно найти методики и рекомендации по устранению практически любой проблемы с любым принтером.

Блоки питания.

Разводка для разъемов блока питания стандарта ATX (ATX12V) с номиналами и цветовой маркировкой проводов:

ATXPower.rar – Схемы блоков питания ATX 250 SG6105, IW-P300A2, и 2 схемы неизвестного происхождения.

colors_it_330u_sg6105.gif – Схема БП NUITEK (COLORS iT) 330U.

codegen_250.djvu – Схема БП Codegen 250w mod. 200XA1 mod. 250XA1.

codegen_300x.gif – Схема БП Codegen 300w mod. 300X.

deltadps200.gif – Схема БП Delta Electronics Inc. модель DPS-200-59 H REV:00.

deltadps260.ARJ – Схема БП Delta Electronics Inc. модель DPS-260-2A.

DTK_PTP_2038.gif – Схема БП DTK PTP-2038 200W.

FSP145-60SP.GIF – Схема БП FSP Group Inc. модель FSP145-60SP.

green_tech_300.gif – Схема БП Green Tech. модель MAV-300W-P4.

HIPER_HPU-4K580.rar – Схемы блока питания HIPER HPU-4K580

hpc-360-302.pdf – Схема БП SIRTEC INTERNATIONAL CO. LTD. HPC-360-302 DF REV:C0

hpc-420-302.pdf – Схема БП SIRTEC INTERNATIONAL CO. LTD. HPC-420-302 DF REV:C0

iwp300a2.gif – Схемы блока питания INWIN IW-P300A2-0 R1.2.

IW-ISP300AX.gif – Схемы блока питания INWIN IW-P300A3-1 Powerman.

JNC_LC-B250ATX.gif – JNC Computer Co. LTD LC-B250ATX

JNC_SY-300ATX.pdf – JNC Computer Co. LTD. Схема блока питания SY-300ATX

JNC_SY-300ATX.rar – предположительно производитель JNC Computer Co. LTD. Блок питания SY-300ATX. Схема нарисована от руки, комментарии и рекомендации по усовершенствованию.

KME_pm-230.GIF – Схемы блока питания Key Mouse Electronics Co Ltd модель PM-230W

Power_Master_LP-8_AP5E.gif – Схемы блока питания Power Master модель LP-8 ver 2.03 230W (AP-5-E v1.1).

Power_Master_FA_5_2_v3-2.gif – Схемы блока питания Power Master модель FA-5-2 ver 3.2 250W.

MaxpowerPX-300W.GIF – Схема БП Maxpower PX-300W

microlab350w.pdf – Схема БП Microlab 350W

microlab_400w.pdf – Схема БП Microlab 400W

linkworld_LPJ2-18.GIF – Схема БП Powerlink LPJ2-18 300W

SevenTeam_ST-200HRK.gif – Схема БП SevenTeam ST-200HRK

SHIDO_ATX-250.gif – Схемы блока питания SHIDO модель LP-6100 250W.

SUNNY_ATX-230.png – Схема БП SUNNY TECHNOLOGIES CO. LTD ATX-230

Другое оборудование.

splitter.arj – 2 принципиальные схемы ADSL – сплиттеров.

KS3A.djvu – Документация и схемы для 29″ телевизоров на шасси KS3A.

GFL2.20E.pdf – Документация и схемы для телевизоров Philips на шасси GFL2.20E.

Если вы желаете помочь развитию проекта, можете воспользоваться кнопкой “Поделиться” для своей социальной сети

В начало страницы &nbsp&nbsp&nbsp | &nbsp&nbsp&nbsp На главную страницу сайта

Демонтаж блока питания ПК

Вы когда-нибудь задумывались, что внутри блока питания вашего компьютера? Задача блока питания ПК – преобразовать мощность от стены (120 или 240 вольт переменного тока) в стабильную мощность постоянного напряжения, необходимого компьютеру. Блок питания должен быть компактным и недорогим, а также эффективно и безопасно преобразовывать мощность. Для достижения этих целей в источниках питания используются различные методы, и они более сложны внутри, чем вы могли ожидать. В этом сообщении в блоге я разбираю блок питания ПК и объясняю, как он работает.1

В исследуемом мной блоке питания, как и в большинстве современных блоков питания, используется конструкция, известная как «импульсный блок питания». Импульсные источники питания сейчас очень дешевы, но так было не всегда. В 1950-х импульсные источники питания были сложными и дорогими, использовались в аэрокосмических и спутниковых приложениях, где требовались небольшие и легкие источники питания. К началу 1970-х, однако, новые высоковольтные транзисторы и другие технологические усовершенствования сделали импульсные источники питания намного дешевле, и они стали широко использоваться в компьютерах.Теперь вы можете купить зарядное устройство для телефона за несколько долларов с импульсным блоком питания.

Блок питания ATX, который я исследовал, был упакован в металлическую коробку размером с кирпич, из которой выходило примечательное количество разноцветных кабелей. Снятие корпуса показывает расположенные ниже компоненты, плотно упакованные для сохранения компактности блока питания. Многие компоненты скрыты радиаторами, которые охлаждают силовые полупроводники вместе с вентилятором справа.

Блок питания, вынутый из корпуса.Большой пучок проводов слева подключен к компьютеру. Большой компонент посередине, похожий на трансформатор, представляет собой катушку индуктивности фильтра. Щелкните эту фотографию (или любую другую), чтобы увеличить ее.

Я начну с краткого обзора того, как работает импульсный источник питания, а затем подробно опишу компоненты. Начиная с правого, блок питания получает питание переменного тока. Входной переменный ток преобразуется в постоянный ток высокого напряжения с помощью некоторых крупных фильтрующих компонентов. Этот постоянный ток включается и выключается тысячи раз в секунду, чтобы произвести импульсы, которые подаются в трансформатор, который преобразует импульсы высокого напряжения. в низковольтные, сильноточные импульсы.Эти импульсы преобразуются в постоянный ток и фильтруются, чтобы обеспечить приятный чистое питание, которое через жгут проводов слева подается на материнскую плату компьютера и дисководы.

Хотя этот процесс может показаться чрезмерно сложным, в большинстве бытовой электроники, от мобильного телефона до телевизора, используется импульсный источник питания. Высокие частоты позволяют использовать небольшой легкий трансформатор. Кроме того, импульсные источники питания очень эффективны; импульсы регулируются так, чтобы подавать только необходимую мощность, а не отключать лишнюю мощность в отходящее тепло, как в «линейном» источнике питания.

Входная фильтрация

На первом этапе входной переменный ток проходит через цепь входного фильтра. который блокирует выход электрического шума из источника питания. Фильтр ниже состоит из катушек индуктивности (тороидальных катушек) и конденсаторов. Эти прямоугольные серые конденсаторы представляют собой специальные конденсаторы класса X, предназначенные для безопасного подключения к линиям переменного тока.

Компоненты входного фильтра

Выпрямление: преобразование переменного тока в постоянный

Переменный ток с частотой 60 Гц, идущий от стены, колеблется 60 раз в секунду, но для источника питания требуется постоянный постоянный ток (постоянный ток), который течет в одном направлении.Полномостовой выпрямитель ниже преобразует переменный ток в постоянный. Выпрямитель ниже отмечен «-» и «+» для выходов постоянного тока, а два центральных контакта – это вход переменного тока. Внутри выпрямителя четыре диода. Диод пропускает ток в одном направлении и блокирует его в другом. Таким образом, в результате переменный ток преобразуется в постоянный, текущий в желаемом направлении.

Мостовой выпрямитель имеет маркировку «GBU606». Схема фильтра находится слева от него.Справа большой черный цилиндр – это один из конденсаторов-удвоителей напряжения. Небольшой желтый конденсатор – это специальный конденсатор типа Y, предназначенный для обеспечения безопасности.

На схеме ниже показано, как работает мостовой выпрямитель. На первой схеме вход переменного тока имеет положительную верхнюю часть. Диоды пропускают напряжение через выход постоянного тока. На второй схеме вход переменного тока изменил направление на обратное. Однако конфигурация диодов гарантирует, что выходное напряжение постоянного тока остается неизменным (положительный полюс вверху).Конденсаторы сглаживают выход.

Две схемы показывают протекание тока при колебаниях входа переменного тока. Диоды заставляют ток течь в направлении, указанном их стрелкой.

Современные блоки питания допускают «универсальное» входное напряжение от 85 до 264 вольт переменного тока, поэтому их можно использовать в разных странах независимо от напряжения в стране. Однако схема этого старого блока питания не могла работать с таким широким диапазоном входных сигналов. Вместо этого вам пришлось щелкнуть переключателем (ниже), чтобы выбрать между 115 В и 230 В.

Переключатель 115/230 В.

В переключателе выбора напряжения использована хитроумная схема – удвоитель напряжения. По идее, при замкнутом переключателе (на 115 вольт) вход переменного тока идет в обход двух нижних диодов в мостовом выпрямителе и вместо этого подключается непосредственно к двум конденсаторам. Когда верхний вход переменного тока положительный, верхний конденсатор заряжается полным напряжением. И когда вход переменного тока положительный внизу, нижний конденсатор заряжается полным напряжением.Поскольку выход постоянного тока проходит через оба конденсатора, выход постоянного тока имеет удвоенное напряжение. Дело в том, что остальная часть источника питания получает одинаковое напряжение, независимо от того, составляет ли вход 115 вольт или 230 вольт, что упрощает его конструкцию. Недостатки удвоителя напряжения заключаются в том, что пользователь должен установить переключатель в правильное положение (в противном случае существует риск выхода из строя источника питания), а для источника питания требуются два больших конденсатора. По этим причинам удвоитель напряжения вышел из моды в более поздних источниках питания.

Цепь удвоителя напряжения. Каждый конденсатор заряжается полным напряжением, поэтому выход постоянного тока имеет удвоенное напряжение. Серые диоды не используются, когда удвоитель активен.

Начальное и среднее

В целях безопасности компоненты высокого напряжения и компоненты низкого напряжения разделены механически и электрически. Первичная сторона ниже содержит все схемы, подключенные к линии переменного тока. Вторичная сторона содержит схему низкого напряжения.Первичная и вторичная обмотки разделены «изоляционной границей» (показано зеленым), без электрических соединений через границу. Трансформаторы пропускают мощность через эту границу через магнитные поля без прямого электрического соединения. Сигналы обратной связи отправляются от вторичной обмотки к первичной через оптоизоляторы, которые передают сигналы оптически. Это разделение является ключевым фактором в безопасной конструкции источника питания: прямое электрическое соединение между линией переменного тока и выходом может создать высокую опасность. поражения электрическим током.

Блок питания с обозначенными основными характеристиками. Радиаторы, конденсаторы, плата управления и выходные провода были удалены для лучшего обзора. (SB указывает на резервный источник питания.)

Импульсы на трансформатор

На этом этапе входной переменный ток преобразован в высоковольтный постоянный ток, около 320 В. Постоянный ток прерывается на импульсы переключающим транзистором выше, силовым полевым МОП-транзистором. Поскольку этот транзистор нагревается во время использования, он был установлен на большом радиаторе.Эти импульсы подаются на главный трансформатор, расположенный выше, который в некотором смысле является сердцем источника питания.

Трансформатор состоит из нескольких витков проволоки, намотанной вокруг намагничиваемого сердечника. Импульсы высокого напряжения в первичной обмотке трансформатора создают магнитное поле. Сердечник направляет это магнитное поле на другие, вторичные обмотки, создавая в этих обмотках напряжение. Вот как источник питания безопасно выдает свои выходные напряжения: между двумя сторонами трансформатора нет электрического соединения, только соединение посредством магнитного поля.Другой важный аспект трансформатора заключается в том, что в первичной обмотке провод наматывается вокруг сердечника большое количество раз, в то время как вторичные обмотки наматываются гораздо меньшее количество раз. В результате получается понижающий трансформатор: выходное напряжение намного меньше входного, но при гораздо большем токе.

Коммутационный транзистор 3 управляется интегральной схемой «ШИМ-контроллер UC3842B в токовом режиме». Этот чип можно считать мозгом блока питания.Он генерирует импульсы с высокой частотой 250 килогерц. Ширина каждого импульса регулируется для обеспечения необходимого выходного напряжения: если напряжение начинает падать, микросхема выдает более широкие импульсы для пропускать через трансформатор больше энергии.4

Вторичная сторона

Теперь мы можем взглянуть на вторичную обмотку источника питания, которая принимает низковольтные выходы от трансформатора. Вторичная схема выдает четыре выходных напряжения: 5 В, 12 В, -12 В и 3.3 вольта. Каждое выходное напряжение имеет отдельную обмотку трансформатора и отдельную цепь для создания этого напряжения. Силовые диоды (ниже) преобразуют выходные сигналы трансформатора в постоянный ток, а затем катушки индуктивности и конденсаторы фильтруют выходной сигнал, чтобы он оставался плавным. Источник питания должен регулировать выходное напряжение, чтобы поддерживать его на нужном уровне даже при увеличении или уменьшении нагрузки. Интересно, что в источнике питания используется несколько различных методов регулирования.

Выходные диоды крупным планом.Слева вертикально закреплены цилиндрические диоды. Посередине – пары прямоугольных силовых диодов Шоттки; в каждой упаковке по два диода. Эти диоды были прикреплены к радиатору для охлаждения. Справа обратите внимание на два медных провода в форме скоб, используемых в качестве токоизмерительных резисторов.

Основными выходами являются выходы на 5 и 12 вольт. Они регулируются вместе микросхемой контроллера на первичной стороне. Если напряжение слишком низкое, микросхема контроллера увеличивает ширину импульсов, пропуская больше мощности через трансформатор и вызывая повышение напряжения на вторичной стороне.А если напряжение слишком высокое, микросхема уменьшает ширину импульса. (Одна и та же цепь обратной связи управляет выходом как 5 В, так и 12 В, поэтому нагрузка на одном выходе может влиять на напряжение на другом. Более качественные источники питания регулируют два выхода по отдельности. 5)

Нижняя сторона блока питания, на которой видны следы печатной платы. Обратите внимание, что большое расстояние между дорожками вторичной стороны слева и следы первичной стороны справа. Также обратите внимание на широкие металлические дорожки, используемые для сильноточного источника питания, и тонкие дорожки для схем управления.

Вы можете задаться вопросом, как микросхема контроллера на первичной стороне получает обратную связь об уровнях напряжения на вторичной стороне, поскольку нет электрическое соединение между двумя сторонами. (На фотографии выше вы можете увидеть широкий зазор, разделяющий две стороны.) Хитрость заключается в умной микросхеме, называемой оптоизолятором. Внутри на одной стороне микросхемы находится инфракрасный светодиод. На другой стороне микросхемы находится светочувствительный фототранзистор. Сигнал обратной связи на вторичной стороне отправляется на светодиод, и сигнал обнаруживается фототранзистором на первичной стороне.Таким образом, оптоизолятор обеспечивает перемычку между вторичной и первичной сторонами, обеспечивая связь посредством света, а не электричества.6

Блок питания также обеспечивает выходное отрицательное напряжение (-12 В). Это напряжение в основном устарело, но использовалось для питания последовательных портов и слотов PCI. Регулировка напряжения -12 В полностью отличается от регулирования на 5 и 12 вольт. Выход -12 В управляется стабилитроном, специальным типом диода, который блокирует обратное напряжение до тех пор, пока не будет достигнуто определенное напряжение, а затем начинает дирижировать.Избыточное напряжение рассеивается в виде тепла через силовой резистор (розовый), управляемый транзистором и стабилитроном. (Поскольку при таком подходе расходуется энергия, современные высокоэффективные источники питания не используют этот метод регулирования.)

Питание -12 В регулируется крошечным стабилитроном «ZD6» длиной около 3,6 мм на нижней стороне печатной платы. Соответствующий силовой резистор и транзистор «A1015» находятся на верхней стороне платы.

Пожалуй, самая интересная схема регулирования – для 3.Выход 3 вольта, который регулируется магнитным усилителем. Магнитный усилитель – это индуктор с особыми магнитными свойствами, которые заставляют его вести себя как выключатель. Когда ток подается в индуктор магнитного усилителя, сначала он почти полностью блокирует ток, так как индуктор намагничивается, и магнитное поле увеличивается. Когда индуктор достигает своей полной намагниченности (то есть насыщается), поведение внезапно меняется, и индуктор позволяет току беспрепятственно протекать. В блоке питания магнитный усилитель принимает импульсы от трансформатора.Индуктор блокирует переменную часть импульса; изменением ширины импульса регулируется выходное напряжение 3,3 В. 7

Магнитный усилитель представляет собой кольцо, изготовленное из ферритового материала с особыми магнитными свойствами. На кольцо намотано несколько витков проволоки.

Плата управления

Блок питания имеет небольшую плату, на которой находится схема управления. Эта плата сравнивает напряжения с эталоном для генерации сигналов обратной связи. Это также контролирует напряжения, чтобы генерировать сигнал «power good».8 Эта схема установлена ​​на отдельной перпендикулярной плате, поэтому она не занимает много места в блоке питания.

Плата управления имеет компоненты со сквозными отверстиями наверху, а нижняя сторона покрыта крошечными компонентами для поверхностного монтажа. Обратите внимание на резисторы с нулевым сопротивлением, помеченные цифрой 0, которые используются в качестве перемычек.

Резервный источник питания

Блок питания содержит вторую цепь для резервного питания. Даже когда компьютер предположительно выключен, резервный источник питания 5 В обеспечивает 10 Вт.Это питание используется для функций, которые должны быть включены, когда компьютер выключен, таких как часы реального времени, кнопка питания и включение. по сети («Wake on LAN»). Цепь резервного питания – это почти второй независимый источник питания: в нем используется отдельная управляющая ИС, отдельный трансформатор и компоненты на вторичной стороне, хотя на первичной стороне используется та же схема преобразования переменного тока в постоянный. Цепь резервного питания обеспечивает гораздо меньшую мощность, чем основная цепь, поэтому для нее можно использовать трансформатор меньшего размера.

Черный и желтый трансформаторы: трансформатор резервного питания находится слева, а главный трансформатор – справа. ИС управления резервным питанием находится перед трансформатором. Большой цилиндрический конденсатор справа является частью удвоителя напряжения. Белые капли – это силикон, который изолирует компоненты и удерживает их на месте.

Заключение

Блок питания ATX имеет сложную внутреннюю структуру и состоит из множества компонентов, от массивных катушек индуктивности и конденсаторов до крошечных устройств для поверхностного монтажа.10 Однако эта сложность приводит к тому, что блоки питания являются эффективными, легкими и безопасными. Для сравнения я писал про блок питания 1940-х годов. который производил всего 85 Вт постоянного тока, но был размером с чемодан и весил более 100 фунтов. Теперь, с передовыми полупроводниками, вы можете держать гораздо более мощный блок питания менее чем за 50 долларов, который вы можете держать в руке.

Я уже писал о блоках питания, включая историю блоков питания в IEEE Spectrum. Вам также может понравиться разборка зарядного устройства для Macbook и Разборка зарядного устройства iPhone.Я анонсирую свои последние сообщения в блоге в Twitter, так что подписывайтесь на меня на kenshirriff. Еще у меня есть RSS-канал.

Примечания и ссылки

Терминология

PSU | Питание и охлаждение ПК

ДИАПАЗОН РАБОТЫ:

Минимальные и максимальные пределы входного напряжения, в пределах которых источник питания будет работать в соответствии со спецификациями. Рекомендуется использовать источник питания с широким диапазоном входного сигнала, когда напряжение в сети подвержено резким скачкам и перепадам напряжения.

---

ЭФФЕКТИВНОСТЬ:

Отношение выходной мощности к входной, выраженное в процентах.

---

EMI:

Электромагнитные помехи – это шум, возникающий при переключении источника питания. Кондуктивные электромагнитные помехи – часть, отраженная обратно в линию электропередачи, обычно контролируется сетевым фильтром. Излучаемые электромагнитные помехи, та часть, которая излучается в свободное пространство, подавляются заключением схемы в металлический корпус. FCC регулирует уровни кондуктивного и излучаемого излучения.

---

PFC:

Коэффициент мощности – это отношение реальной мощности (ватт) к полной мощности (вольт x ампер или ВА).Стандартный источник питания имеет коэффициент мощности 0,70–0,75, а источник питания с активной коррекцией коэффициента мощности (PFC) имеет коэффициент мощности 0,95–0,99. Блок питания с коррекцией коэффициента мощности лучше способен преобразовывать ток в мощность. Это приводит к более низкому пиковому току и более низкому гармоническому току, уменьшая нагрузку на проводку, автоматические выключатели и трансформаторы.

---

ВЫХОДНОЙ ТОК:

Максимальный ток, который может непрерывно потребляться от выхода источника питания.Материнские платы ПК и карты расширения потребляют ток 5 В. Приводные двигатели потребляют ток 12 В.

---

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАГРУЗКИ:

Изменение выходного напряжения из-за того, что выходная нагрузка изменяется от минимума до максимума, при сохранении всех остальных факторов постоянными. Выражается в процентах от номинального выходного напряжения. Источник питания с жесткой регулировкой нагрузки обеспечивает оптимальное напряжение независимо от конфигурации системы.

---

РЕГУЛИРОВАНИЕ ЛИНИИ:

Изменение выходного напряжения из-за изменения входного напряжения при сохранении всех остальных факторов постоянными.Выражается в процентах от номинального выходного напряжения. Источник питания с жесткой регулировкой линии обеспечивает оптимальное напряжение во всем рабочем диапазоне.

---

ПЕРЕХОДНЫЙ ОТВЕТ:

Время, необходимое для того, чтобы выходное напряжение вернулось в пределы диапазона регулирования после изменения нагрузки на 50%. Блок питания с быстрым переходным откликом снизит риск ошибок чтения / записи во время доступа.

---

ПИСЬМА:

Величина переменного напряжения, накладываемого на выход постоянного тока, указывается в размахе напряжения или выражается в процентах от номинального выходного напряжения.Блок питания с чистым выходом постоянного тока необходим для компьютеров с высокоскоростными процессорами и микросхемами памяти.

---

ВРЕМЯ ЗАДЕРЖКИ:

Период времени после потери входной мощности, в течение которого выходная мощность источника питания остается в указанных пределах. Адекватное время удержания позволяет компьютеру работать в течение времени переключения, требуемого ИБП.

---

ПИТАНИЕ ХОРОШИЙ СИГНАЛ:

Схема задержки, используемая для инициализации компьютера и подачи логического сигнала при низком линейном напряжении.

---

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ:

Цепь, отключающая источник питания, если выходное напряжение превышает указанный предел.

---

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ПО ТОКУ:

Схема, защищающая блок питания и компьютер от чрезмерного тока, включая ток короткого замыкания.

---

УТВЕРЖДЕНИЕ АГЕНТСТВА:

UL, CSA и TUV – это агентства по безопасности, которые проверяют такие спецификации, как расстояние между компонентами, инсоляция HI-pot, токи утечки, воспламеняемость печатной платы и температурный рейтинг.

---

РАБОЧАЯ ТЕМПЕРАТУРА:

Диапазон температур окружающей среды, в котором источник питания может безопасно работать.

---

РЕЙТИНГ ВЕНТИЛЯТОРА:

Расход воздуха в кубических футах в минуту. Увеличение воздушного потока на 100% снизит рабочие температуры системы на 50% по сравнению с окружающей средой. С каждым снижением температуры на 10 ° C (18 ° F) срок службы системы удваивается. (Уравнение Аррениуса)

---

ШУМ:

Акустический шум в дБ (А) на расстоянии 1 метра.Логарифмическая шкала. Каждое уменьшение на 3 дБ означает уменьшение шума на 50%. Проблемы включают шаг и скорость лопастей вентилятора, размер ступицы, глубину Вентури, качество подшипников и расположение компонентов источника питания.

---

Среднее время безотказной работы:

Среднее время наработки на отказ. Измерение относительной надежности источника питания, основанное на фактических рабочих данных или рассчитанное в соответствии с MIL-HDBK-217.

---

Почему лучший блок питания означает лучший компьютер?

Итак, как лучший блок питания соотносится с лучшими вычислительными возможностями? Подумайте вот о чем: если ваш блок питания плохо справляется с регулированием напряжения и фильтрацией пульсаций, что именно?

Блок питания компьютера по существу преобразует переменный ток в постоянный.Старые или более простые компьютерные блоки питания преобразуют переменный ток в несколько напряжений постоянного тока (+12 В, + 5 В, + 3,3 В) одновременно. Новые, более совершенные блоки питания преобразуют переменный ток в +12 В постоянного тока, в то время как меньшие блоки питания постоянного тока в корпусе блока питания преобразуют +12 В в менее используемые + 3,3 В и + 5 В. Последний более эффективен, потому что менее используемые напряжения не преобразуются, если они не требуются, а преобразование постоянного тока в постоянное само по себе более эффективно, чем преобразование переменного тока в постоянный, поскольку для этого требуется меньше и меньше компонентов.

После преобразования напряжения оно фильтруется с помощью катушек индуктивности и конденсаторов.

На вторичной стороне этого HX1050 мы видим очень большую катушку индуктивности и несколько конденсаторов разного размера.

Итак, теперь у нас есть две важные вещи, на которые следует обратить внимание при рассмотрении выхода этого источника питания: насколько хорошо регулируется выходное напряжение и имеет ли эта выходная мощность минимальные пульсации?

Я просто использовал два слова, которые вы часто слышите, когда говорят о компьютерных блоках питания: регулирование и пульсация.

Компьютерные блоки питания используют “переключающую” технологию для преобразования переменного тока в постоянный. И пока выпрямитель включается и выключается, он вырабатывает постоянный ток, который пульсирует в ритме с любой частотой переменного тока на входе (например, 60 Гц – это ваша типичная частота переменного тока в Северной Америке), независимо от частоты, на которой переключается выпрямитель. Это называется шумом. Сначала напряжение проходит через индуктор или дроссель. Это сглаживает форму волны и снижает частоту шума. Тогда у вас есть конденсаторы.Конденсаторы накапливают электрические заряды и могут выводить электрический заряд без шума. Если напряжение, поступающее на конденсатор, повышается или понижается с частотой переключения, заряд конденсатора повышается или понижается. Это изменение заряда конденсатора происходит намного медленнее, чем частота коммутируемой мощности, которая заряжает конденсатор. Хотя это то, как он фильтрует шум, это также создает пульсации (небольшие пики и спады в выходном напряжении постоянного тока). В этом случае могут помочь более крупные конденсаторы или конденсаторы, соединенные последовательно, потому что чем медленнее изменяется между самым низким и самым высоким напряжениями, тем более стабильно снижается выходное напряжение и пульсации.Но инженерам, разрабатывающим эти блоки питания, следует соблюдать осторожность. Если вы используете слишком много конденсаторов, слишком большой конденсатор или даже слишком большой индуктор, вы снижаете эффективность вашего источника питания. Каждая часть цепи, через которую проходит питание, имеет некоторую потерю мощности, и конденсаторы рассеивают этот отфильтрованный шум в виде тепла, и это тепло теряется в мощности!

Это снимок экрана осциллографа, измеряющего пульсации в источнике питания, который плохо справляется с фильтрацией.

Когда блок питания лучше справляется с фильтрацией пульсаций, на осциллографе это будет выглядеть так.

Регулирование – это то, насколько хорошо источник питания реагирует на изменения нагрузки. Допустим, блок питания выдает +12 В постоянного тока с нагрузкой 2 А. Допустим, нагрузка увеличивается до 5А, 10А .. или даже 15А. Так же, как я объяснил в отношении регуляторов напряжения процессора, в игру вступает закон Ома. По мере увеличения тока сопротивление увеличивается. По мере увеличения сопротивления напряжение падает.Качественный источник питания должен компенсировать это. Обычно мониторинг осуществляется внутри «управляющей ИС». ИС супервизора может сообщить контроллеру ШИМ (широтно-импульсной модуляции), что выпрямитель должен переключаться на другой частоте для соответствующей регулировки выходного напряжения. Иногда «сенсорный провод» определяет падение напряжения на нагрузке и передает его обратно на ИС. Это дает IC некоторую фору в том, чтобы сообщить контроллеру PWM о необходимости компенсации. «Цифровые блоки питания», такие как блоки питания Corsair серии AXi, используют цифровой сигнальный процессор для отслеживания напряжений и прямого указания выпрямителю переключаться на разных частотах.Поскольку контроль и управление полностью цифровое, компенсация выполняется намного быстрее (подробнее о том, как работают цифровые блоки питания, можно найти здесь).

Итак, как лучший блок питания соотносится с лучшими вычислительными возможностями? Подумайте вот о чем: если ваш блок питания плохо справляется с регулированием напряжения и фильтрацией пульсаций, что именно?

Хотя компьютерные блоки питания выдают несколько напряжений постоянного тока (+12 В, + 3,3 В и + 5 В), это не все напряжения, необходимые компьютеру для работы.

Возьмем, к примеру, ЦП.ЦП использовали для работы с напряжением, полученным непосредственно от источника питания. Изначально + 5VDC. Со временем это напряжение было снижено до +3,3 В постоянного тока. Стремясь сделать процессоры более энергоэффективными, напряжение продолжало падать, и регуляторы напряжения на материнской плате должны были брать от источника питания + 3,3 В постоянного тока или +5 В постоянного тока и снижать эти напряжения до еще более низких напряжений. Естественно, можно было бы подумать, что преобразование одного напряжения в другое было бы более эффективным, если бы напряжения до и после были ближе друг к другу.Но по мере того, как процессоры становились быстрее, им требовалось больше энергии, но при более низких напряжениях. Сами процессоры были более эффективными, но не процесс преобразования этой мощности. Для большей мощности (ватт) при более низких напряжениях требуется больший ток. Более высокий ток без увеличения толщины провода и толщины следа увеличивает сопротивление. Затем сопротивление снижает напряжение и создает тепло, что контрпродуктивно по той причине, по которой изначально были снижены напряжения ядра процессора! Решением стал стандарт ATX12V. К блоку питания был добавлен 4-контактный разъем питания, который обеспечивает питание +12 В постоянного тока, который затем был модернизирован до 8-контактного разъема питания, который мог подавать еще больший ток.С увеличением напряжения на VRM (модулях стабилизации напряжения) ЦП требуется меньший ток для подачи питания на материнскую плату. Конечно, с этой большей дельтой напряжений (между +12 В постоянного тока и напряжением ядра процессора) требуется более надежное регулирование напряжения на материнской плате.

В этой материнской плате используются радиаторы для пассивного охлаждения компонентов цепи стабилизации напряжения.

С новым процессором Haswell от Intel мы начнем видеть регулирование напряжения на самом процессоре.Это снизит ток питания на выводах, которые перемещают питание от дорожек материнской платы к ядру ЦП, и, следовательно, уменьшит количество выводов, необходимое для подачи этого питания. Это также позволит ЦП динамически масштабировать напряжение ЦП более эффективно, чем когда-либо прежде. Стабилизаторы напряжения в Haswell, безусловно, не сутулиться, когда дело доходит до эффективного преобразования напряжений, но это все еще не полностью заменяет функцию материнской платы по преобразованию и фильтрации +12 В от источника питания в более низкое напряжение, поскольку у Haswell есть входное напряжение. из 2.4 В постоянного тока.

То же самое и с вашими видеокартами. На самом деле графические процессоры – это просто небольшие процессоры. Черт возьми, в некоторых случаях, когда графические процессоры работают с частотой до 1 ГГц, они мощнее некоторых процессоров! Разъемы питания PCIe, выходящие из блока питания, подают +12 В на видеокарту, где регуляторы напряжения понижают напряжение до необходимого для графического процессора.

Два разъема питания PCIe подают напряжение +12 В на блок питания этой видеокарты, но графический процессор не использует +12 В. Сначала он должен преобразовать его в более низкое напряжение.

В спецификации ATX говорится, что источник питания может выдавать напряжение со стабилизацией и колебаниями в пределах определенного допуска. Пульсация может достигать 1% и при этом оставаться в пределах спецификации. Это означает, что пульсация на +12 В может достигать ± 120 мВ. Регулировка напряжения может достигать ± 5%. Это означает, что напряжение +12 В постоянного тока может достигать + 12,6 В или всего + 11,4 В, и это все еще находится в пределах спецификации ATX. Точно так же регулятор напряжения вашей материнской платы или видеокарты будет иметь аналогичный допуск по входному напряжению.Другими словами, если у вас есть VRM, который предназначен для преобразования +12 ВSC в + 2,4 В постоянного тока, этот VRM должен иметь возможность принимать напряжения до + 12,6 В постоянного тока или до + 11,4 В постоянного тока и при этом эффективно производить + 2,4 В постоянного тока. VRM имеет дополнительный допуск по скорости нарастания напряжения. Скорость нарастания напряжения – это, по сути, скорость, с которой напряжения меняются от одного к другому. Если напряжение упадет с +12 В постоянного тока до +11,99 В постоянного тока в течение микросекунды, ваша скорость нарастания составит 10 мВ / мкс. Чтобы поддерживать эти допуски, ваша материнская плата, видеокарты и другие компоненты также имеют некоторые индукторы и конденсаторы для фильтрации напряжений между источником питания и VRM.

Итак, если все в пределах спецификации, нет проблем, не так ли?

Ну не так уж и много. Видите ли, поскольку эти компоненты регулируют напряжение, и чем больше им приходится для этого работать, тем они нагреваются. Это тепло не только тратится впустую, но и сокращает срок службы компонентов. И хотя полевые МОП-транзисторы регулятора напряжения часто пассивно охлаждаются радиаторами (по крайней мере, они есть на материнских платах высокого класса), конденсаторы – нет. И если полевые МОП-транзисторы не охлаждаются пассивно или их меньше (что может быть VRM с «меньшим количеством фаз»), то им придется больше работать, чтобы регулировать напряжение, и они будут работать еще сильнее.Нагрев плохо влияет на компоненты компьютера, поэтому любой способ решения проблемы является плюсом. Еще одна проблема с правильным регулированием напряжения и фильтрацией заключается в том, что они занимают место на печатной плате. Как я уже сказал в отношении источника питания: если вы хотите, чтобы пульсации были меньше, вам нужно иметь конденсаторы большего размера или больше. То же самое и со схемами стабилизации напряжения на материнских платах и ​​видеокартах. То же самое и с полевыми МОП-транзисторами. У вас может быть больше фаз для более чистой энергии, но если полевые МОП-транзисторы не способны передавать больший ток, дополнительные фазы не принесут вам никакой пользы.Но полевые МОП-транзисторы большей мощности, большее количество фаз, больше и больше конденсаторов – все это требует места. У нас не всегда достаточно места на материнской плате или видеокарте, чтобы отказаться от почти идеального регулирования напряжения на плате.

А еще есть эффекты пульсации при разгоне. Хотя ваши VRM могут хорошо регулировать напряжение, они не смогут избавиться от каждого бита пульсации, которая передается прямо на ваш процессор или графический процессор. Те из вас, кто занимается разгоном, знают, что вам обычно приходится увеличивать напряжение ядра процессора или графического процессора.Это связано с тем, что по мере того, как транзисторы в блоке обработки работают, регуляторы не могут включаться и выключаться с более высокой скоростью, необходимой для поддержания транзистора под напряжением при требуемом напряжении. Повышение напряжения фактически дает ЦП больше, чем ему нужно, но позволяет регуляторам давать ЦП то, что ему нужно, быстрее, чем когда это нужно. К несчастью, побочным продуктом этого является тепло (все снова начинает нагреваться, не так ли?). Если у вас есть какие-либо пульсации в этом напряжении Vcore, это помешает VRM подавать именно то напряжение, которое необходимо, когда транзисторы ЦП работают с любой тактовой частотой, на которой вы пытаетесь их эксплуатировать.Решение этой проблемы состоит в том, чтобы использовать процессор с еще более высоким напряжением Vcore, чем действительно необходимо. Обратной стороной этого является … подождите … более высокая температура процессора.

Итак, подведем итог: лучший блок питания на самом деле продлит срок службы материнской платы и видеокарты, лучший разгон и даже более длительный срок службы вашего процессора и графического процессора. Это беспроигрышная ситуация!

Как собрать лабораторный блок питания за 10 простых шагов | reichelt.com

В этом практическом руководстве мы покажем вам, как легко собрать лабораторный источник питания.Мы решили использовать модуль программируемого управляющего напряжения с постоянным напряжением и постоянным током и установить его в подходящий корпус.

Проект

Подходит для: Начинающих с базовыми знаниями

Требуемое время: Прибл. два часа

Бюджет: Около 80 фунтов стерлингов

Что вам потребуется: JOY-IT DPS 5015 Лабораторный источник питания и соответствующий корпус: JOY-IT DPS CASE, термоусадочная трубка для сборки корпуса

Может быть расширен за счет: Модуль Micro-USB для настройки лабораторного источника питания с компьютером или модуль Bluetooth для управления устройством со смартфоном.

Вам также понадобятся: Основное оборудование электронных инструментов, паяльная станция и т. Д.

1. Подготовьте небольшую печатную плату

Начиная с небольшой печатной платы, припаяйте к ней вентилятор для корпуса. Затем установите тумблер и проложите кабель к основной плате. Поскольку на этой плате нет подключения для вентилятора, вентилятор для корпуса необходимо припаять к маленькой плате.

Затем необходимо перерезать кабель прилагаемого вентилятора. Теперь вы должны осторожно удалить изоляцию с двух проводов так, чтобы провода были прибл.4 мм бесплатно.

Припаяйте красный кабель (+) к отметке «+», а черный кабель к отметке «-». Проденьте в отверстия предварительно зачищенные концы и припаяйте их с двух сторон.
Внимание: Обрежьте эти провода на задней стороне с помощью бокового ножа, чтобы они не могли в дальнейшем вызвать короткое замыкание!

2. Припаиваем кнопку

Далее нужно припаять кнопку, чтобы можно было включать и выключать лабораторный блок питания. Используйте красный и черный кабель меньшего диаметра.Припаяйте их к тумблеру, как показано на картинке.

Контакты изолированы термоусадочной трубкой для предотвращения короткого замыкания.

3. Установите соединение между маленькой платой и основной платой

Теперь подготовьте и припаяйте линию питания от маленькой платы к основной плате.

Используйте кабели (красный кабель «+» и черный кабель «-») с большим диаметром для этой линии питания. Отрежьте их примерно через 30 см. 9см.

Внимание: не обрезайте слишком много кабелей, иначе в дальнейшем они могут закоротить выходы.

Обе стороны должны быть зачищены до прим. 5 мм и вилочный кабельный наконечник должны быть прикреплены к одному концу двух кабелей. Эти концы также изолированы термоусадочной трубкой для предотвращения короткого замыкания.

Другой конец двух кабелей должен быть припаян к небольшой печатной плате корпуса.

Обратите внимание на полярность. Красный = «+» и черный = «-».

4. Припаиваем тумблер

Теперь можно паять тумблер. Убедитесь, что вы пропустили кабель переключателя через корпус или прикрепили тумблер к корпусу.Припаяйте концы кабеля переключателя к контактным площадкам «KEY» на небольшой печатной плате. Припаяйте красный кабель к прямоугольной контактной площадке, а черный кабель к круглой контактной площадке.

5. Установите основную плату

Теперь вы можете закрепить главную плату четырьмя винтами на нижней стороне корпуса и установить соединения входов и выходов блока питания. Два разъема спереди и два сзади.

Прикрутите красные разъемы вверху и черные разъемы внизу.Подключите соединения следующим образом:

6. Подготовьте кабель для выходного напряжения

Следующим шагом будет изготовление кабеля для выходного напряжения. Вам нужно будет повторно использовать кабели большего диаметра. Зачистите оба конца прибл. 5мм. Прикрепите вилочные кабельные наконечники с обеих сторон.

7. Установите вентилятор

Теперь вы можете закрепить вентилятор изнутри, вставив четыре гайки сзади в вентилятор и прикрутив четыре винта снаружи к вентилятору.

8.Подключите печатную плату и переключатель

Теперь прикрепите небольшую печатную плату к задней части корпуса двумя гайками.

Зафиксируйте небольшую плату, затем смонтируйте все кабели. Сначала подключите кабель входного напряжения («IN +» и «IN-»).

Затем вы можете подключить кабель выходного напряжения («OUT +» и «OUT-»).

Подключите конец кабеля выходного напряжения к передним клеммам.

9. Подключаем дисплей

Последнее, что нужно подключить, это дисплей с двумя кабелями на материнской плате.Один кабель предназначен для дисплея («LCD») и один кабель для кнопок («KEY»). Разъемы для кабелей обозначены как на плате, так и на дисплее. После подключения кабелей все, что вам нужно сделать, это прикрепить дисплей к корпусу.

10. Окончательная сборка

После того, как вы соединили все кабели, прикрутили печатные платы, защелкнули дисплей и тумблер и прикрутили вентилятор, корпус готов.
Теперь вы можете прикрутить корпус четырьмя винтами с обеих сторон.

Фотографии: JOY-IT

Меры предосторожности для источников питания Меры предосторожности для источников питания

Пример для серии S8FS-G Работа серии

Два источника питания могут быть подключены последовательно.

Примечание 1. Диод подключается, как показано на рисунке. Если нагрузка закорочена, внутри источника питания будет генерироваться обратное напряжение.В этом случае источник питания может выйти из строя или выйти из строя. Всегда подключайте диод, как показано на рисунке. Выберите диод со следующими характеристиками.

Примечание 2. Хотя блоки питания с различными характеристиками могут быть подключены последовательно, ток, протекающий через подключенный последовательно, ток, протекающий через нагрузку, не должен превышать меньший номинальный выходной ток.

<Создание положительных / отрицательных выходов>

Выходы являются плавающими выходами (т.е.е., первичные и вторичные цепи разделены). Таким образом, вы можете создавать положительные / отрицательные выходы, используя два источника питания. Вы можете делать положительные / отрицательные выходы с любой из моделей. Если вы используете положительный / отрицательный выходы, подключите два источника питания одной модели, как показано ниже. Вы можете комбинировать модели с разной выходной мощностью и выходным напряжением. Однако в качестве тока нагрузки следует использовать меньший из двух номинальных выходных токов.

В зависимости от модели, внутренние цепи могут быть повреждены из-за сбоя запуска при включении питания, если такие нагрузки, как серводвигатель или операционный усилитель, могут работать последовательно.
Поэтому подключите байпасные диоды (D1, D2), как показано на следующем рисунке. Если в списке моделей, поддерживающих последовательное соединение выходов, указано, что внешний диод не требуется, внешний диод также не требуется для положительных / отрицательных выходов.

Используйте следующую информацию в качестве руководства для определения типа диода, диалектической силы и силы тока.

Сколько напряжения требуется для компьютера

Вы когда-нибудь задумывались, что на самом деле происходит внутри блока питания вашего компьютера? Блок питания – самый важный компонент, когда дело доходит до работы компьютера.Без блока питания компьютер представляет собой просто случайную коробку, полную металлических и пластиковых компонентов. С момента появления первого компьютера источник питания использовался для питания всех электронных устройств внутри него.

И хотите верьте, хотите нет, но за этим нет никакой магии. Напряжение переменного тока (AC) потребляется источником питания от источника электроэнергии и преобразуется в напряжение постоянного тока (DC). Питание компьютера обеспечивается несколькими компонентами: конденсаторы, катушки, вентилятор для охлаждения всего устройства и электронная плата, регулирующая ток.Помимо этого, к печатной плате должно быть подключено несколько кабелей с наборами проводов различимых цветов. Эти провода передают разное напряжение на другие подключенные к нему устройства, а также на материнскую плату.

Сегодня несколько цепей безопасности оснащены современными источниками питания, которые непрерывно контролируют протекающий ток. При обнаружении экстремального состояния, которое может превысить его выходную мощность, источник питания предотвратит дальнейшее повреждение материнской платы и самого себя, отключившись.

Компьютеры и напряжения

Блок питания персонального компьютера представляет собой металлический ящик, который обычно можно найти в углу корпуса. Обычно он виден сзади многих систем, поскольку в нем есть охлаждающий вентилятор и розетка для шнура питания. Для работы компьютера требуются три типа постоянного напряжения. 12 В (В) используются для питания материнской платы и видеокарт нового поколения, 3,3 В используется для процессора, а 5 В используется для шасси и портов USB или вентилятора ЦП.В источниках питания используется технология переключателя для преобразования переменного тока в более низкий постоянный ток.

Преобразованная электроэнергия передается по выделенным кабелям от электронной платы в источнике питания для питания устройств, находящихся внутри компьютера. С помощью этих компонентов переменное напряжение преобразуется в чистый постоянный ток. Расположенные внутри конденсаторы выполняют почти половину работы, которую выполняет блок питания. Эти конденсаторы отвечают за регулирование чистых и плавных токов в ценных компьютерных схемах.

Вы должны быть предупреждены, что даже если ваш компьютер был отключен от сети, все еще существует вероятность присутствия электричества внутри вашего блока питания. Это применимо даже через несколько дней после того, как вы вытащили вилку из розетки. Это работа конденсаторов: хранить энергию, которую можно использовать для обеспечения непрерывного рабочего процесса.

Основные характеристики блока питания указаны в ваттах. Ватт – это произведение силы тока в амперах или амперах и напряжения в вольтах. Если ваш компьютер немного устарел, вы можете вспомнить, что на исходных ПК были большие и красные переключатели, и они были относительно тяжелыми.Эти переключатели управляли напряжением 120 В, подаваемым на источник питания.

Сегодня небольшая кнопка включает питание, а затем используется опция меню для выключения машины. Стандартные блоки питания смогли получить это обновление несколько лет назад. Блок питания может получить сигнал от операционной системы о необходимости выключения. 5-вольтовый сигнал посылается кнопкой на источник питания, сообщая ему, когда его нужно включить. В блоке питания содержится цепь, которая подает напряжение 5 В, называемое «резервным напряжением», которое позволяет кнопке работать, даже когда она официально выключена.’

До 1980-х годов блоки питания были громоздкими и тяжелыми. Огромные конденсаторы (большие банки с газировкой), большие и тяжелые трансформаторы использовались для преобразования линейного напряжения 120 В и 60 Гц (Гц) в 5 В и 12 В постоянного тока. Сегодня используемые импульсные источники питания намного легче и меньше и могут преобразовывать 60 Гц в более высокую частоту, что означает большее количество циклов в секунду. Кроме того, небольшой и легкий трансформатор, расположенный в блоке питания, позволяет преобразованием выполнять понижение напряжения с 110 В (или 220 в зависимости от региона) до напряжения, необходимого для компонента компьютера.

Цветовое обозначение провода

Знаете ли вы о цветовой кодировке блока питания? Вы обязательно увидите множество цветных наборов кабелей, выходящих наружу с разными разъемами или розетками и разным количеством проводов внутри источника питания. Черные провода используются в качестве заземления для тока. Поэтому рекомендуется соединять провода любого другого цвета с черным проводом. Желтые и синие провода обозначают +12 В и -12 В соответственно. Красные и белые провода обозначают + 5В и -5В соответственно.Оранжевый провод обозначает 3,3 В, а фиолетовый провод обозначает + 5 В, когда он находится в режиме ожидания.

Как проверить напряжение источника питания?

Теперь, когда мы знакомы с цветными проводами и их напряжениями, вы можете задаться вопросом, может ли потребитель измерить эти питающие напряжения, чтобы убедиться, что они выдают достаточное напряжение. Здесь на помощь приходит вольтметр (также называемый мультиметром). Чтобы проверить напряжение, включите мультиметр и переключите его на диапазон постоянного напряжения. Затем, предпочтительно, используя предел менее 20 В, соедините кабели мультиметра с соответствующими гнездами, помня, что провод всегда используется для заземления.Теперь прикоснитесь к любым разъемам иглами кабеля мультиметра. Перед тем, как произвести измерение, необходимо свериться с инструкцией по эксплуатации мультиметра. Затем, конечно, вам также необходимо включить компьютер.

Неправильная конфигурация может привести к нежелательным результатам. Делая такой тест, вы должны быть очень осторожны. Проверка большей вилки блока питания должна быть самым простым способом проведения измерений. Присоедините черные кабели к черному, а другие кабели присоедините к желтому или красному кабелю, так как у вас есть отверстия большего размера, в которые можно вставить иглы мультиметра.Было бы полезно, если бы вы никогда не подключали кабели собственного мультиметра к желтому и красному кабелям одновременно. Это может привести к короткому замыканию, которое может повредить материнскую плату.

Проверка напряжения источника питания – не самое простое занятие в вашем списке дел. Однако заинтересованные пользователи могут решить сделать это, чтобы убедиться, что их блок питания работает должным образом или нет. Использование слишком большого количества длинных клапанов может повлиять на подачу напряжения, поскольку следует учитывать токи низкого напряжения. Это то, что обычно происходит, когда вы используете двухметровый USB-кабель для подключения флеш-накопителя.Падение напряжения в длинном кабеле может снизить эффективность работы внешнего запоминающего устройства или флэш-накопителя, которые потребляют энергию от порта USB.

Ноутбуки

также имеют блок питания. Каждое электронное устройство требует для работы некоторого источника энергии. Источником питания портативного компьютера является пара кабелей и адаптеров, которые используются для его зарядки. Адаптер преобразует переменное напряжение в постоянное и питает аккумулятор или плату управления питанием портативного компьютера.

Заключение

Наличие источника питания очень важно для работы компьютера.Блок питания компьютера имеет разное напряжение на шинах: + 3,3 В, + 5 В и +/- 12 В. Источник питания состоит из различных компонентов, таких как вентилятор, конденсаторы, печатная плата и катушки. Современные имеют несколько цепей безопасности, которые проверяют протекающий ток и отключаются при обнаружении чрезмерной выходной мощности. Способность компьютера производить мощность в ваттах делает компьютерный блок питания уникальным и способным питать компьютер.

пожаловаться на это объявление ОГРАНИЧЕНИЕ ОТВЕТСТВЕННОСТИ

В МАКСИМАЛЬНОЙ СТЕПЕНИ, РАЗРЕШЕННОЙ ДЕЙСТВУЮЩИМ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВОМ, КОМПЬЮТЕРНЫЕ ОБЪЕКТЫ GEEK ДОЛЖНЫ НЕ НЕСЕТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ЗА ЛЮБЫЕ КОСВЕННЫЕ, СЛУЧАЙНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ, КОСВЕННЫЕ ИЛИ ШТРАФНЫЕ УБЫТКИ ИЛИ ЛЮБЫЕ УБЫТКИ ПРИБЫЛИ ИЛИ ДОХОДЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ ПРЯМО ИЛИ КОСВЕННО, ЛИБО ЛЮБАЯ ПОТЕРЯ ДАННЫХ, ИСПОЛЬЗОВАНИЯ, ДОБРОСТИ ИЛИ ДРУГИХ НЕМАТЕРИАЛЬНЫХ УБЫТКИ, ВЫЗВАННЫЕ (i) ВАШЕМ ДОСТУПОМ ИЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИЛИ НЕВОЗМОЖНОСТЬЮ ДОСТУПА ИЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ САЙТА; (ii) ЛЮБОЕ ПОВЕДЕНИЕ ИЛИ СОДЕРЖАНИЕ ЛЮБОЙ ТРЕТЬЕЙ СТОРОНЫ НА САЙТЕ, ВКЛЮЧАЯ БЕЗ ОГРАНИЧЕНИЙ, ЛЮБЫЕ Оскорбительные, Оскорбительные ИЛИ НЕЗАКОННЫЕ ПОВЕДЕНИЕ ДРУГИХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ИЛИ ТРЕТЬИХ ЛИЦ; (iii) ЛЮБОЙ КОНТЕНТ, ПОЛУЧЕННЫЙ С САЙТА; ИЛИ (iv) НЕСАНКЦИОНИРОВАНО ДОСТУП, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИЛИ ИЗМЕНЕНИЕ ВАШИХ ПЕРЕДАЧ ИЛИ СОДЕРЖАНИЯ.НИ ПРИ КАКИХ ОБСТОЯТЕЛЬСТВАХ ОБЩАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ КОМПЬЮТЕРНЫЕ ПРЕДПРИЯТИЯ GEEK ПРЕВЫШАЛИ СОТНУ ДОЛЛАРОВ США (100,00 долларов США) ИЛИ СУММА, ПЛАТНАЯ КОМПЬЮТЕРОМ GEEK, ЕСЛИ ЕСТЬ, ЗА ПОСЛЕДНИЕ ШЕСТЬ МЕСЯЦЕВ ЗА САЙТ ПОДДЕРЖКА ПРЕТЕНЗИИ. ОГРАНИЧЕНИЯ ПОДРАЗДЕЛА ПРИМЕНЯЮТСЯ К ЛЮБОЙ ТЕОРИИ ОТВЕТСТВЕННОСТИ, В ЛЮБОЙ ТОЧНОСТИ НА ОСНОВЕ ГАРАНТИИ, ДОГОВОРА, УСТАВА, ПЕРЕДАЧИ (ВКЛЮЧАЯ НЕБРЕЖНОСТЬ) ИЛИ ИНОГО СЛУЧАЯ, И ЛИБО ИЛИ НЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ GEEK БЫЛИ ИНФОРМИРОВАНЫ О ВОЗМОЖНОСТИ ТАКОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ, И ДАЖЕ ЕСЛИ УСТАНОВЛЕННОЕ ЗДЕСЬ СРЕДСТВО СРЕДСТВА НЕ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ СВОЕЙ ОСНОВНОЙ ЦЕЛИ.

Базовая электроника

– различные типы источников питания

В предыдущих статьях мы обсуждали пассивные электронные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и трансформаторы. Пассивные компоненты особенно полезны при разработке различных аналоговых схем.

Настоящее развлечение современной электроники начинается с полупроводников и цифровой электроники. Электроника – это все, что связано с сигналами (в форме напряжения или тока) и обработкой сигналов компонентами и схемами.Полупроводниковая электроника стала возможной благодаря обработке электронных сигналов как двоичных значений (0 и 1 или Low и High). Это применение полупроводниковой электроники для обработки сигналов как двоичных значений приводит к реализации булевой логики в форме цифровой электроники. Так началось использование электроники для «вычислений». Вскоре инженеры и исследователи разработали способы измерения различных физических величин путем преобразования их в аналоговые электрические сигналы и оцифровки этих аналоговых сигналов в цифровые значения.Они также разработали способы преобразования цифровых сигналов в эквивалентные аналоговые электрические сигналы. Теперь компьютеры также могут взаимодействовать и реагировать на физический мир.

Большая часть современной электроники связана с «электронными вычислениями» и их приложениями в реальном мире. Электронные вычисления в сочетании с технологиями отображения и электронными устройствами ввода / вывода приводят к развитию компьютеров общего назначения. Электронные вычисления в сочетании с различными коммуникационными технологиями приводят к развитию телекоммуникационных, телевизионных и интернет-технологий.Электронные вычисления в сочетании с беспроводной связью и датчиками привели к развитию мобильной электроники и носимых устройств. Электронные вычисления в сочетании с датчиками и исполнительными механизмами приводят к развитию таких приложений, как встроенные системы, робототехника и автоматизация.

Но, прежде чем мы начнем нескончаемый путь полупроводников и цифровой электроники, будет лучше иметь некоторое базовое представление об источниках питания. Это источник питания, дающий жизнь любой электронной схеме или устройству.Каждая электронная схема или устройство, по сути, должна иметь секцию источника питания или может потребоваться подключение в качестве нагрузки к внешней цепи источника питания.

Источником электроэнергии могут быть линии электропередачи (электросеть), электромеханические системы (генераторы и генераторы), солнечная энергия или устройства хранения, такие как элементы и батареи. Источники питания – это преобразователи мощности, которые преобразуют электрическую энергию от источника в напряжение, ток и частоту, подходящие для цепи нагрузки.Источником электроэнергии может быть переменный или постоянный ток. Как и генераторы и сеть, электричество обеспечивает питание переменного тока, в то время как батареи и солнечные устройства являются источником постоянного тока. Схема источника питания может вводить мощность от источника переменного или постоянного тока и выводить мощность переменного или постоянного тока, преобразованную в соответствии с нагрузкой. Таким образом, цепи питания можно разделить на блоки питания переменного тока, переменного тока, постоянного тока и постоянного тока.

Различные источники питания переменного тока включают источники переменного тока переменного тока, изолирующие трансформаторы и преобразователи частоты. Источники питания переменного тока в постоянный являются наиболее распространенными.Некоторые из источников питания переменного тока в постоянный включают нерегулируемый линейный источник постоянного тока, линейный регулируемый источник постоянного тока (настольный источник питания), импульсные регулируемые источники питания и источник питания с пульсационной стабилизацией. Источники питания на батарейках, солнечные источники питания и преобразователи постоянного тока в постоянный являются примерами источников питания постоянного тока. Источники питания на батарейках и солнечные источники питания используются для непосредственного питания электронных схем, в то время как преобразователи постоянного тока в постоянный обычно используются для преобразования входного постоянного тока на разные уровни для питания разных цепей в одном и том же устройстве, а не для использования разных переменных переменного тока. Источники постоянного тока для получения различных уровней напряжения / тока.Инверторы, генераторы и ИБП обычно используются в качестве источников питания постоянного тока.

Источник переменного тока с переменным током
Источник переменного тока с переменным током разработан с использованием трансформаторов или регулируемых автотрансформаторов. Они используются для преобразования уровней напряжения переменного тока в переменный. Для разработки такого источника питания можно использовать трансформатор с несколькими обмотками или ответвлениями, в противном случае можно использовать регулируемый автотрансформатор. Эти источники питания преобразуют уровни переменного напряжения и тока, в то время как частота источника питания остается неизменной.

Преобразователи частоты
Преобразователи частоты используются для преобразования частоты переменного тока. Они могут быть спроектированы с использованием электромеханических устройств, таких как мотор-генератор, или с помощью выпрямительно-инверторного комплекта. Выпрямитель сначала преобразует переменный ток в постоянный, а затем инвертор преобразует постоянный ток обратно в переменный ток разных частот.

Изолирующие трансформаторы
Изолирующие трансформаторы используются для подачи переменного тока в переменный, когда требуется согласование импеданса между источником питания и цепью нагрузки.Изолирующие трансформаторы обычно не преобразуют уровни напряжения или частоту источника питания. Они полезны при подключении симметричных и несимметричных цепей.

Этот изолирующий трансформатор используется для повышения или понижения напряжения, сохраняя при этом сетевые и выходные цепи изолированными с помощью усиленной изоляции, сертифицированной CE. (Изображение: преобразователь сигналов)

Нерегулируемый линейный источник питания
Нерегулируемый линейный источник питания представляет собой простые источники питания переменного тока в постоянный.Они разработаны с использованием понижающего трансформатора, выпрямителя, конденсатора фильтра и резистора утечки. Сначала трансформатор преобразует напряжение в сети до необходимого уровня переменного тока. Пониженное напряжение переменного тока затем преобразуется в напряжение постоянного тока с помощью полуволнового или двухполупериодного выпрямителя. Выпрямитель выполнен на диодах. Пульсирующий постоянный ток выпрямителя сглаживается конденсаторами фильтра. Для защиты параллельно конденсатору фильтра может быть подключен резистор утечки.

Нерегулируемые блоки питания просты и надежны.Однако их выходное напряжение может изменяться из-за изменения входного напряжения или тока нагрузки. Так что они не очень надежны. Кроме того, они могут быть предназначены только для вывода фиксированного напряжения и тока.

Линейно-регулируемый источник питания
Линейно-регулируемый источник питания – это источники питания переменного тока в постоянный. Это то же самое, что и нерегулируемые (грубая сила) источники питания, за исключением того, что они используют транзисторную схему, работающую в активной или линейной области, вместо истекающего резистора. Этот активный транзисторный каскад позволяет выводить на разные точные уровни постоянного напряжения.Существует несколько микросхем стабилизаторов напряжения, в которые встроена активная транзисторная схема. Источники питания с линейным регулированием стабильны, безопасны, надежны и бесшумны. Существуют микросхемы регуляторов напряжения, доступные для широкого диапазона входных и выходных напряжений, и они выдают фиксированные напряжения постоянного тока. Основными недостатками этих расходных материалов являются их стоимость, размер и энергоэффективность. Эти блоки питания теряют много энергии из-за рассеивания мощности, и может потребоваться использование радиатора с интегральными схемами регулятора.

Линейный источник питания от Acopian Power Supplies (вверху) в десять раз больше и тяжелее, чем сопоставимый импульсный источник питания (внизу), который также от Acopian, но линейный блок имеет преимущества, которым не может соответствовать источник питания коммутатора.

Импульсный регулируемый источник питания
Импульсный регулируемый источник питания – это комплексные источники питания переменного тока в постоянный, которые, как правило, сочетают в себе преимущества нерегулируемых и регулируемых источников питания. В SMPS линейное напряжение выпрямляется в постоянное, а затем снова преобразуется в прямоугольный переменный ток с помощью переключающих транзисторов.Эта высокочастотная прямоугольная волна затем понижается или повышается, а затем снова выпрямляется. Выпрямленное постоянное напряжение фильтруется перед подачей его на нагрузку.

Источник питания с пульсацией
Источник питания с пульсацией – это улучшенная разновидность нерегулируемого источника переменного тока в постоянный. Он разработан путем объединения нерегулируемого источника питания с транзисторной схемой, работающей в области насыщения. Схема транзистора передает мощность постоянного тока на конденсатор для поддержания уровня напряжения.Основным преимуществом пульсирующего источника питания является его энергоэффективность.

Регулируемые регулируемые источники питания
Линейные регулируемые источники питания можно модифицировать для обеспечения диапазона регулируемых напряжений с помощью переменного резистора на оконечном каскаде. Переменный резистор может понижать выходное напряжение до регулируемых значений. Такой регулируемый источник питания может затем подавать напряжения в диапазоне от нуля до максимального напряжения, регулируемого источником. Симметричные линейные регулируемые источники питания также могут быть модифицированы для подачи напряжения отрицательной полярности.

Аккумуляторы и солнечные источники питания
Аккумуляторы, элементы и солнечные панели обеспечивают питание постоянного тока. Энергия от накопителей или солнечных панелей должна быть сначала отфильтрована, чтобы удалить пульсирующую рябь. Затем его можно регулировать до желаемых уровней постоянного напряжения с помощью микросхем регулятора напряжения. Если необходимо увеличить напряжение питания от аккумулятора или солнечной панели, это можно сделать с помощью транзисторов в качестве усилителей.

Преобразователи постоянного тока в постоянный
Преобразователи постоянного тока в постоянный используются для повышения или понижения постоянного напряжения.Преобразователи постоянного тока в постоянный ток могут быть полупроводниковыми, электромеханическими или электрохимическими. ИИП постоянного тока, такие как двухтактный преобразователь, понижающий преобразователь, повышающий преобразователь, понижающий-повышающий преобразователь, являются некоторыми примерами преобразователей постоянного тока полупроводникового типа. Эти источники обычно используются для преобразования постоянного тока (выпрямленного из электросети или другого источника переменного тока) для обеспечения различных уровней постоянного тока вместо использования множества источников переменного тока в постоянный в устройстве.

Пример блока питания постоянного / постоянного тока мощностью 2 Вт в SMD (Изображение: Recom).

Источники питания постоянного тока в переменный ток
Эти типы источников питания обычно используются для резервного питания. Инверторы, ИБП и генераторы являются примерами таких систем электроснабжения.

Инженеры и любители электроники чаще всего используют источники питания с линейным регулированием и аккумуляторные источники питания. Другие типы источников питания обычно разрабатываются и производятся для конкретных приложений или схем. Для некоторых схем может потребоваться проектирование источника питания с использованием солнечных панелей.

Для новичков всегда удобно начать с линейно регулируемого источника питания, обеспечивающего обычно используемые напряжения постоянного тока, такие как 12 В, 9 В, 5 В и 3 В.