Обновлено 11.03.2013 23:29
Всем привет! Сегодня речь пойдёт о блоке питания форм-фактора ATX.
К выбору блока питания для персонального компьютера следует подходить с особой ответственностью, поскольку от него во многом зависит стабильность и надежность работы всего компьютера в целом. В этой статье описаны конструктивные особенности БП, характеристики... Читайте далее...
Блок питания является неотъемлемой частью каждого компьютера. От его нормальной работы зависит функционирование всего персонального компьютера (PC). Но при этом блоки питания покупаются редко, поскольку однажды приобретенный хороший блок питания может обеспечить несколько поколений непрерывно развивающихся систем. Учитывая все это к выбору блока питания нужно подходить весьма серьезно.
Блок питания формирует напряжения для питания всех функциональных блоков РС. Он формирует основные напряжения питания для комплектующих компьютера: +12 В, +5 В и 3,3 В. БП также формирует дополнительные напряжения: -12 В и -5 В и кроме того он осуществляет гальваническую развязку с сетью 220 В.
Внутренняя конструкция БП ATX
На рисунке (Рис. 1) представлена внутренняя конструкция и расположение элементов типичного бока питания с активным корректором коэффициента мощности (АККМ) «GlacialPower GP-AL650AA». На плате БП цифрами обозначены следующие элементы:
- Модуль управления защитой по току;
- Дроссель фильтра выходных напряжений +12 В и +5 В, который выполняет также функцию групповой стабилизации;
- Дроссель фильтра +3,3 В;
- Радиатор с выпрямительными диодами выходных напряжений;
- Трансформатор основного преобразователя;
- Трансформатор управления ключами основного преобразователя;
- Трансформатор, формирующий дежурное напряжение вспомогательного преобразователя;
- Контроллер коррекции коэффициента мощности (отдельная плата);
- Радиатор с диодами и ключами основного преобразователя;
- Фильтр сетевого напряжения;
- Дроссель ККМ;
- Конденсатор фильтра сетевого напряжения.
Такая конструкция блоков питания ATX является наиболее распространенной и используется в БП различной мощности.
Типы разъемов БП ATX
На задней стенке БП находится разъем для подключения сетевого кабеля и выключатель сети. В некоторых моделях блоков питания выключатель сети не устанавливается. Иногда, в устаревших моделях, можно встретить рядом с сетевым разъемом разъем для подключения сетевого кабеля монитора. В современных блоках питания, на задней стенке, производители могут устанавливать следующие разъемы (Рис.2):
- Индикатор напряжения сети;
- Кнопка управления вентилятором;
- Кнопка ручного переключения входного напряжения (110 В / 220 В);
- USB-порты встроенные в БП.
В современных моделях редко устанавливают вытяжной вентилятор на задней стенке. Теперь он размещается в верхней части БП. Это позволяет установить большой и тихий элемент охлаждения. На блоках питания повышенной мощности, как например, у блока питания Chieftec CFT-1000G-DF, устанавливают два вентилятора сверху и на задней крышке (Рис. 3).
Из передней стенки блока питания выходит жгут проводов с разъемами для подключения материнской платы , жестких дисков , видеокарты и других комплектующих системного блока.
В БП модульного типа вместо жгута проводов на передней стенке располагаются разъемы для подключения проводов с разными выходными разъемами. Это позволяет упорядочить питающие провода в системном блоке и подключать только те, которые необходимы для данной комплектации (Рис. 9 и 10).
Распиновка выходных разъемов БП подключаемых к материнской плате и другим устройствам показана на рисунке (Рис. 4).
Нужно отметит, что цвета проводов унифицированы, и каждый цвет соответствует своему напряжению:
- Черный - общая шина (Ground);
- Желтый - +12 В;
- Красный - +5 В;
- Оранжевый - +3,3 В.
На рисунке (Рис. 5) изображены выходные разъемы блоков питания АТХ.
Не изображены на рисунках (Рис. 4 и 5) разъемы дополнительного питания видеокарт, их распиновка и внешний вид подобна распиновке для разъемов дополнительного питания процессора .
Электрические параметры и характеристики БП
Современные блоки питания для РС имеют большое число электрических параметров, часть из них не отмечены в «паспортных технических характеристиках», поскольку считаются не важными для пользователя. Основные параметры указывается производителем на наклейке расположенной на боковой стенке.
Мощность блока питания
Мощность
- это один из главных параметров БП. Она характеризует, сколько электрической энергии может отдать блок питания подключенным к нему устройствам (жесткий диск, материнская плата с процессором, видео карта и др.). Для выбора БП, казалось бы, достаточно просуммировать потребление всех комплектующих и выбрать блок питания с небольшим запасом по мощности.
Но все обстоит намного сложнее. Блок питания формирует различные напряжения, распределенные по разным шинам питания (12 В, 5 В, 3,3 В и другие), каждая шина (линия), напряжения рассчитана на определенную мощность. Можно было бы подумать, что эти мощности фиксированы, и их сумма равна выходной мощности самого блока питания. Но в блоках питания АТХ установлен один трансформатор для формирования всех этих напряжений, поэтому мощность на линиях плавает. При увеличении нагрузки на одной из линий мощность на остальных линиях уменьшается и наоборот.
Производитель в паспорте указывает максимальную мощность каждой линии, просуммировав их, получится мощность больше, чем может реально обеспечить блок питания. Таким образом, часто, производитель заявляют номинальную мощность, которую БП обеспечить не в состоянии, тем самым вводя пользователей в заблуждение. Установленный в системном блоке БП недостаточной мощности взывает «зависания», произвольные перезагрузки, щелканье и треск головок жесткого диска, и другую некорректную работу устройств.
Допустимый максимальный ток линии
Это один из важнейших параметров блока питания, но пользователи при приобретении БП зачастую не обращают на этот параметр должного внимания. Но ведь при превышении тока линии блок питания выключается (срабатывает защита). Понадобится отключать его от сети 220 В и ждать около минуты. Необходимо учитывать, что самые мощные потребители - процессор и видеокарта питаются от 12 В линии, поэтому при покупке БП нужно обращать внимание на значения токов указанным для нее. Для снижения токовой нагрузки на разъемы питания линию 12 В делят на две параллельных (иногда и больше) и обозначают как +12V1 и +12V2. При подсчете, токи на параллельных линиях суммируются.
У качественных БП информация о максимальных токовых нагрузках по линиям указывается на боковой наклейке в виде таблички (Рис. 6).
Если такая информация не указана, то можно усомниться в качестве этого БП и соответствии реальной и заявленной мощности.
Диапазон рабочих напряжений
Под этой характеристикой подразумевается диапазон сетевого напряжения, при котором БП будет сохранять работоспособность. Современные блоки питания выпускаются с АККМ (активный корректор коэффициента мощности), который позволяет использовать диапазон входных напряжений от 110 В до 230 В. Но выпускаются и недорогие БП с малым рабочим диапазоном напряжений от 220 В до 240 В (например, FPS FPS400-60THN-P). В результате такой блок питания будет выключаться при падении напряжения сети, что для наших электросетей не редкость, а то и совсем не запустится.
Внутреннее сопротивление
Дифференциальное внутреннее сопротивление (электрический импеданс) характеризует потери БП при протекании переменного тока. Для борьбы с ним в схему блока питания включены ФНЧ. Но существенно уменьшить импеданс можно только установкой конденсаторов большой емкости с низким последовательным сопротивлением (ESR) и дросселей намотанных толстым проводом. Реализовать это конструктивно и физически довольно трудно.
Пульсации выходных напряжений
Блок питания персонального компьютера представляет собой преобразователь, который преобразовывает напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока. В результате таких преобразований на выходе линий питания присутствуют пульсации (импульсное изменение величины напряжения). Проблема пульсаций заключается в том, что при недостаточной фильтрации они могут исказить рабочие характеристики всей системы, привести к ложному переключению компараторов и неправильному восприятию входной информации. Это, в свою очередь, приводит к ошибкам в работе и отключению устройств РС.
Для борьбы с пульсациями в схему выходных линий напряжения включаются LC фильтры, которые максимально сглаживают пульсации выходных напряжений (Рис. 8).
Стабильность напряжений
В процессе работы БП его выходные напряжения изменяются. Увеличение напряжений вызывает увеличение токов покоя, это в свою очередь вызывает увеличение рассеиваемой мощности и перегреву элементов схем подключенных к БП. Уменьшение выходного напряжения приводит к ухудшению работы схем, а при снижении до определенного уровня элементы РС перестают работать. Особенно чувствительны к падению питающего напряжения жесткие диски компьютера.
Допустимые отклонения напряжений выходных линий для стандарта АТХ не должны превышать ±5% от номинального напряжения линии.
Коэффициент полезного действия
КПД блока питания определяет, сколько полезной энергии получит системный блок из потребленной энергии блоком питания. Большинство современных блоков питания имеют КПД не хуже 80%. А блоки питания, снабженные ПККМ (PPFC) и АККМ (APFC) существенно превышают этот показатель.
Коэффициент мощности
Это параметр, на который следует обращать внимание при выборе блока питания, он непосредственно влияет на КПД блока питания. При малом коэффициенте мощности КПД тоже будет небольшой. Поэтому в схемы современных БП встроены автоматические корректоры коэффициента мощности (АККМ), которые значительно улучшают характеристики БП.
Первым делом при выборе блока питания следует определиться с его мощностью. Для определения необходимой мощности достаточно просуммировать мощность всех комплектующих системного блока. Но иногда отдельные видеокарты предъявляют особые требования по величине тока на линии +12. В, с этим необходимо считаться при выборе. Обычно для среднего системного блока оснащенного одной видеокартой достаточно мощности БП 500-600 Ватт.
При выборе модели и фирмы производителя следует ознакомиться с отзывами и обзорами на эту модель БП. Желательно выбирать блок питания со схемой АККМ (APFC). Другими словами нужно выбирать блок питания, что бы он был мощным, тихим, качественно выполненным и соответствовал заявленным характеристикам. Экономить десяток-другой долларов при этом не стоит. Необходимо помнить, что от работы блока питания во многом зависит стабильность, долговечность и надежность работы всего компьютера в целом .
- < Назад
Блок питания в компьютере (БП) – это самостоятельное импульсное электронное устройство, предназначенное для преобразования напряжения переменного тока в ряд постоянных напряжений (+3,3 / +5 / +12 и -12) для питания материнской платы, видеокарты, винчестера и других блоков компьютера.
Прежде, чем приступать к ремонту блока питания компьютера необходимо убедиться в его неисправности, так как невозможность запуска компьютера может быть обусловлена другими причинами .
Фотография внешнего вида классического блока питания АТХ стационарного компьютера (десктопа).
Где находится БП в системном блоке и как его разобрать
Чтобы получить доступ к БП компьютера необходимо сначала снять с системного блока левую боковую стенку, открутив два винта на задней стенке со стороны расположения разъемов.
Для извлечения блока питания из корпуса системного блока необходимо открутить четыре винта, помеченных на фото. Для проведения внешнего осмотра БП достаточно отсоединить от блоков компьютера только те провода, которые мешают для установки БП на край корпуса системного блока.
Расположив блок питания на углу системного блока, нужно открутить четыре винта, находящиеся сверху, на фото розового цвета. Часто один или два винта спрятаны под наклейкой, и чтобы найти винт, ее нужно отклеить или проткнуть жалом отвертки. По бокам тоже бывают наклейки, мешающие снять крышку, их нужно прорезать по линии сопряжения деталей корпуса БП.
После того, как крышка с БП снята обязательно удаляется пылесосом вся пыль. Она является одной из главных причин отказа радиодеталей, так как, покрывая их толстым слоем, снижает теплоотдачу от деталей, они перегреваются и, работая в тяжелых условиях, быстрее выходят из строя.
Для надежной работы компьютера удалять пыль из системного блока и БП, а также проверять работу кулеров необходимо не реже одного раза в год.
Структурная схема БП компьютера АТХ
Блок питания компьютера является довольно сложным электронным устройством и для его ремонта требуются глубокие знания по радиотехнике и наличие дорогостоящих приборов, но, тем не менее, 80% отказов можно устранить самостоятельно, владея навыками пайки, работы с отверткой и зная структурную схему источника питания.
Практически все БП компьютеров изготовлены по ниже приведенной структурной схеме. Электронные компоненты на схеме я привел только те, которые чаще всего выходят из строя, и доступны для самостоятельной замены непрофессионалам. При ремонте блока питания АТХ обязательно понадобится цветовая маркировка выходящих из него проводов.
Питающее напряжение с помощью сетевого шнура подается через разъемное соединение на плату блока питания. Первым элементом защиты является предохранитель Пр1 обычно стоит на 5 А. Но в зависимости от мощности источника может быть и другого номинала. Конденсаторы С1-С4 и дроссель L1 образуют фильтр, который служит для подавления синфазных и дифференциальных помех, которые возникают в результате работы самого блока питания и могут приходить из сети.
Сетевые фильтры, собранные по такой схеме, устанавливают в обязательном порядке во всех изделиях, в которых блок питания выполнен без силового трансформатора, в телевизорах, видеомагнитофонах, принтерах, сканерах и др. Максимальная эффективность работы фильтра возможна только при подключении к сети с заземляющим проводом. К сожалению, в дешевых китайских источниках питания компьютеров элементы фильтра зачастую отсутствуют.
Вот тому пример, конденсаторы не установлены, а вместо дросселя запаяны перемычки. Если Вы будете ремонтировать блок питания и обнаружите отсутствие элементов фильтра, то желательно их установить.
Вот фотография качественного БП компьютера, как видно, на плате установлены фильтрующие конденсаторы и помехоподавляющий дроссель.
Для защиты схемы БП от скачков питающего напряжения в дорогих моделях устанавливаются варисторы (Z1-Z3), на фото с правой стороны синего цвета. Принцип работы их простой. При нормальном напряжении в сети, сопротивление варистора очень большое и не влияет на работу схемы. В случае повышении напряжения в сети выше допустимого уровня, сопротивление варистора резко уменьшается, что ведет к перегоранию предохранителя, а не к выходу из строя дорогостоящей электроники.
Чтобы отремонтировать отказавший блок по причине перенапряжения, достаточно будет просто заменить варистор и предохранитель. Если варистора под руками нет, то можно обойтись только заменой предохранителя, компьютер будет работать нормально. Но при первой возможности, чтобы не рисковать, нужно в плату установить варистор.
В некоторых моделях блоков питания предусмотрена возможность переключения для работы при напряжении питающей сети 115 В, в этом случае контакты переключателя SW1 должны быть замкнуты.
Для плавного заряда электролитических конденсаторов С5-С6, включенных сразу после выпрямительного моста VD1-VD4, иногда устанавливают термистор RT с отрицательным ТКС. В холодном состоянии сопротивление термистора составляет единицы Ом, при прохождении через него тока, термистор разогревается, и сопротивление его уменьшается в 20-50 раз.
Для возможности включения компьютера дистанционно, в блоке питания имеется самостоятельный, дополнительный маломощный источник питания, который всегда включен, даже если компьютер выключен, но электрическая вилка не вынута из розетки. Он формирует напряжение +5 B_SB и построен по схеме трансформаторного автоколебательного блокинг-генератора на одном транзисторе, запитанного от выпрямленного напряжения диодами VD1-VD4. Это один из самых не надежных узлов блока питания и ремонтировать его сложно.
Необходимые для работы материнской платы и других устройств системного блока напряжения при выходе из блока выработки напряжений фильтруются от помех дросселями и электролитическими конденсаторами и затем посредством проводов с разъемами подаются к источникам потребления. Кулер, который охлаждает сам блок питания, запитывается, в старых моделях БП от напряжения минус 12 В, в современных от напряжения +12 В.
Ремонт БП компьютера АТХ
Внимание! Во избежание вывода компьютера из строя расстыковка и подключение разъемов блока питания и других узлов внутри системного блока необходимо выполнять только после полного отключения компьютера от питающей сети (вынуть вилку из розетки или выключить выключатель в «Пилоте»).
Первое, что необходимо сделать, это проверить наличие напряжения в розетке и исправность удлинителя типа «Пилот» по свечению клавиши его выключателя. Далее нужно проверить, что шнур питания компьютера надежно вставлен в «Пилот» и системный блок и включен выключатель (при его наличии) на задней стенке системного блока.
Как найти неисправность БП нажимая кнопку «Пуск»
Если питание на компьютер подается, то на следующем шаге нужно глядя на кулер блока питания (виден за решеткой на задней стенке системного блока) нажать кнопку «Пуск» компьютера. Если лопасти кулера, хоть немного сдвинуться, значит, исправны фильтр, предохранитель, диодный мост и конденсаторы левой части структурной схемы, а также самостоятельный маломощный источник питания +5 B_SB.
В некоторых моделях БП кулер находится на плоской стороне и чтобы его увидеть, нужно снять левую боковую стенку системного блока.
Поворот на маленький угол и остановка крыльчатки кулера при нажатии на кнопку «Пуск» свидетельствует о том, что на мгновенье на выходе БП появляются выходные напряжения, после чего срабатывает защита, останавливающая работу БП. Защита настроена таким образом, что если величина тока по одному из выходных напряжений превысит заданный порог, то отключаются все напряжения.
Причиной перегрузки обычно является короткое замыкание в низковольтных цепях самого БП или в одном из блоков компьютера. Короткое замыкание обычно появляется при пробое в полупроводниковых приборах или изоляции в конденсаторах.
Для определения узла, в котором возникло короткое замыкание нужно отсоединить все разъемы БП от блоков компьютера, оставив только подключенные к материнской плате. После чего подключить компьютер к питающей сети и нажать кнопку «Пуск». Если кулер в БП завращался, значит, неисправен один из отключенных узлов. Для определения неисправного узла нужно их последовательно подключать к блоку питания.
Если БП, подключенный только к материнской плате не заработал, следует продолжить поиск неисправности и определить, какое из этих устройств неисправно.
Проверка БП компьютера
измерением величины сопротивления выходных цепей
При ремонте БП некоторые виды его неисправности можно определить путем измерения омметром величины сопротивления между общим проводом GND черного цвета и остальными контактами выходных разъемов.
Перед началом измерений БП должен быть отключен от питающей сети, и все его разъемы отсоединены от узлов системного блока. Мультиметр или тестер нужно включить в режим измерения сопротивления и выбрать предел 200 Ом. Общий провод прибора подключить к контакту разъема, к которому подходит черный провод. Концом второго щупа по очереди прикасаются к контактам, в соответствии с таблицей.
В таблице приведены обобщенные данные, полученные в результате измерения величины сопротивления выходных цепей 20 исправных БП компьютеров разных мощностей, производителей и годов выпуска.
Для возможности подключения БП для проверки без нагрузки внутри блока на некоторых выходах устанавливают нагрузочные резисторы, номинал которых зависит от мощности блока питания и решения производителя. Поэтому измеренное сопротивление может колебаться в большом диапазоне, но не должно быть ниже допустимого.
Если нагрузочный резистор в цепи не установлен, то показания омметра будут изменяться от малой величины до бесконечности. Это связано с зарядкой фильтрующего электролитического конденсатора от омметра и свидетельствует о том, что конденсатор исправный. Если поменять местами щупы, то будет наблюдаться аналогичная картина. Если сопротивление велико и не изменяется, то возможно в обрыве находится конденсатор.
Сопротивление меньше допустимого свидетельствует о наличии короткого замыкания, которое может быть вызвано пробоем изоляции в электролитическом конденсаторе или выпрямляющего диода. Для определения неисправной детали придется вскрыть блок питания и отпаять от схемы один конец фильтрующего дросселя этой цепи. Далее проверить сопротивление до и после дросселя. Если после него, то замыкание в конденсаторе, проводах, между дорожками печатной платы, а если до него, то пробит выпрямительный диод.
Поиск неисправности БП внешним осмотром
Первоначально следует внимательно осмотреть все детали, обратив особое внимание на целостность геометрии электролитических конденсаторов. Как правило, из-за тяжелого температурного режима электролитические конденсаторы, выходят из строя чаще всего. Около 50% отказов блоков питания связано именно с неисправностью конденсаторов. Зачастую вздутие конденсаторов является следствием плохой работы кулера. Смазка подшипников кулера вырабатывается и обороты падают. Эффективность охлаждения деталей блока питания снижается, и они перегреваются. Поэтому при первых признаках неисправности кулера блока питания, обычно появляется дополнительный акустический шум, нужно почистить от пыли и смазать кулер.
Если корпус конденсатора вздулся или видны следы вытекшего электролита, то отказ конденсатора очевиден и его следует заменить исправным. Вздувается конденсатор в случае пробоя изоляции. Но бывает, внешних признаков отказа нет, а уровень пульсаций выходного напряжения большей. В таких случаях конденсатор неисправен по причине отсутствия контакта между его выводом и обкладки внутри него, как говорят, конденсатор в обрыве. Проверить конденсатор на обрыв можно с помощью любого тестера в режиме измерения сопротивления. Технология проверки конденсаторов представлена в статье сайта «Измерение сопротивления» .
Далее осматриваются остальные элементы, предохранитель, резисторы и полупроводниковые приборы. В предохранителе внутри вдоль по центру должна проходить тонкая металлическая проволочка, иногда с утолщением в середине. Если проволочки не видно, то, скорее всего она перегорела. Для точной проверки предохранителя нужно его прозвонить омметром . Если предохранитель перегорел, то его нужно заменить новым или отремонтировать . Прежде, чем производить замену, для проверки блока питания можно перегоревший предохранитель не выпаивать из платы, а припаять к его выводам жилку медного провода диаметром 0,18 мм. Если при включении блока питания в сеть проводок не перегорит, то тогда уже есть смысл заменять предохранитель исправным.
Как проверить исправность БП замыканием контактов PG и GND
Если материнскую плату можно проверить только подключив ее к заведомо исправному БП, то блок питания можно проверить отдельно с помощью блока нагрузок или запустить с помощью соединения контактов +5 В PG и GND между собой.
От блока питания на материнскую плату питающие напряжения подаются с помощью 20 или 24 контактного разъема и 4 или 6 контактного. Для надежности разъемы имеют защелки. Для того, чтобы вынуть разъемы из материнской платы нужно пальцем нажать наверх защелки одновременно, прилагая довольно большое усилие, покачивая из стороны в сторону, вытащить ответную часть.
Далее нужно закоротить между собой, отрезком провода, можно и металлической канцелярской скрепкой, два вывода в разъеме, снятой с материнской платы. Провода расположены со стороны защелки. На фотографиях место установки перемычки обозначено желтым цветом.
Если разъем имеет 20 контактов 14 (провод зеленого цвета, в некоторых блоках питания может быть серый , POWER ON) и вывод 15 (провод черного цвета, GND).
Если разъем имеет 24 контакта , то соединять между собой нужно вывод 16 (зеленого зеленого , в некоторых блоках питания провод может быть серого цвета, POWER ON) и вывод 17 (черный провод GND).
Если крыльчатка в кулере блока питания завращается, то блок питания АТХ можно считать работоспособным, и, следовательно, причина неработящего компьютера находится в других блоках. Но такая проверка не гарантирует стабильную работу компьютера в целом, так как отклонения выходных напряжений могут быть больше допустимых.
Проверка БП компьютера
измерением напряжений и уровня пульсаций
После ремонта БП или в случае нестабильной работы компьютера для полной уверенности в исправности блока питания, необходимо его подключить к блоку нагрузок и измерять уровень выходных напряжений и размах пульсаций. Отклонение величин напряжений и размахов пульсаций на выходе блока питания не должны превышать значений, приведенных в таблице.
Можно обойтись и без блока нагрузок измеряв напряжение и уровннь пульсаций непосредственно на выводах разъемов БП в работающем компьютере.
| Таблица выходных напряжений и размаха пульсаций БП АТХ | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Выходное напряжение, В | +3,3 | +5,0 | +12,0 | -12,0 | +5,0 SB | +5,0 PG | GND |
| Цвет провода | оранжевый | красный | желтый | синий | фиолетовый | серый | черный |
| Допустимое отклонение, % | ±5 | ±5 | ±5 | ±10 | ±5 | – | – |
| Допустимое минимальное напряжение | +3,14 | +4,75 | +11,40 | -10,80 | +4,75 | +3,00 | – |
| Допустимое максимальное напряжение | +3,46 | +5,25 | +12,60 | -13,20 | +5,25 | +6,00 | – |
| Размах пульсации не более, мВ | 50 | 50 | 120 | 120 | 120 | 120 | – |
При измерении напряжений мультиметром «минусовой» конец щупа подсоединяется к черному проводу (общему), а «плюсовой» к нужным контактам разъема.
Напряжение +5 В SB (Stand-by), фиолетовый провод – вырабатывает встроенный в БП самостоятельный маломощный источник питания выполненный на одном полевом транзисторе и трансформаторе. Это напряжение обеспечивает работу компьютера в дежурном режиме и служит только для запуска БП. Когда компьютер работает, то наличие или отсутствие напряжения +5 В SB роли не играет. Благодаря +5 В SB компьютер можно запустить нажатием кнопки «Пуск» на системном блоке или дистанционно, например, с Блока бесперебойного питания в случае продолжительного отсутствия питающего напряжения 220 В.
Напряжение +5 В PG (Power Good) – появляется на сером проводе БП через 0,1-0,5 секунд в случае его исправности после самотестирования и служит разрешающим сигналом для работы материнской платы.
Напряжение минус 12 В (провод синего цвета) необходимо только для питания интерфейса RS-232, который в современные компьютерах отсутствует. Поэтому в блоках питания последних моделей этого напряжения может не быть.
Как заменить предохранитель в БП компьютера
Обычно в компьютерных блоках питания устанавливается трубчатый стеклянный плавкий предохранитель, рассчитанный на ток защиты 6,3 А. Для надежности и компактности предохранитель впаивают непосредственно в печатную плату. Для этого применяются специальные предохранители, имеющие выводы для запайки. Предохранитель обычно устанавливают в горизонтальном положении рядом с сетевым фильтром и его легко обнаружить по внешнему виду.
Но иногда встречаются блоки питания, в которых предохранитель установлен в вертикальном положении и на него надета термоусаживаемая трубка, как на фотографии выше. В результате обнаружить его затруднительно. Но помогает надпись, нанесенная на печатной плате рядом с предохранителем: F1 – так обозначается предохранитель на электрических схемах. Рядом с предохранителем может быть также указан ток, на который он рассчитан, на представленной плате указан ток 6,3 А.
При ремонте блока питания и проверке вертикально установленного предохранителя с помощью мультиметра был обнаружен его обрыв. После выпаивания предохранителя и снятия термоусаживаемой трубки стало очевидно, что он перегорел. Стеклянная трубка изнутри вся была покрыта черным налетом от перегоревшей проволоки.
Предохранители с проволочными выводами встречается редко, но их можно с успехом заменить обычными 6,3 амперными, припаяв к чашечкам с торцов одножильные кусочки медного провода диаметром 0,5-0,7 мм.
Останется только запаять подготовленный предохранитель в печатную плату блока питания и проверить его на работоспособность.
Если при включении блока питания предохранитель сгорел повторно, то значит, имеет место отказ других радиоэлементов, обычно пробой переходов в ключевых транзисторах. Ремонтировать блок питания с такой неисправностью требует высокой квалификации и экономически не целесообразен. Замена предохранителя, рассчитанного на больший ток защиты, чем 6,3 А не приведет к положительному результату. Предохранитель все равно перегорит.
Поиск в БП неисправных электролитических конденсаторов
Очень часто отказ блока питания, и как результат нестабильная работа компьютера в целом, происходит по причине вздутия корпусов электролитических конденсаторов. Для защиты от взрыва, на торце электролитических конденсаторов делаются надсечки. При возрастании давления внутри конденсатора происходит вздутие или разрыв корпуса в месте надсечки и по этому признаку легко найти отказавший конденсатор. Основной причиной выхода из строя конденсаторов является их перегрев из-за неисправности кулера или превышения допустимого напряжения.
На фотографии видно, что у конденсатора, находящегося с левой стороны, торец плоский, а у правого – вздутый, со следами подтекшего электролита. Такой конденсатор вышел из строя и подлежит замене. В блоке питания обычно выходят из строя электролитические конденсаторы по шине питания +5 В, так как устанавливаются с малым запасом по напряжению, всего на 6,3 В. Встречал случаи, когда все конденсаторы в блоке питания по цепи +5 В были вздутые.
При замене конденсаторов по цепи питания 5 В рекомендую устанавливаю конденсаторы, которые рассчитаны на напряжение не мене, чем на 10 В. Чем на большее напряжение рассчитан конденсатор, тем лучше, главное, чтобы по габаритам вписался в место установки. В случае, если конденсатор с большим напряжение не вмещается из-за размеров, можно установить конденсатор меньшей емкости, но рассчитанный на большее напряжение. Все равно емкость установленных на заводе конденсаторов имеет большей запас и такая замена не ухудшит работу блока питания и компьютера в целом.
Нет смысла заменять электролитические конденсаторы в блоке питания, если они все вспучились. Это значит, что вышла из строя схема стабилизации выходного напряжения, и на конденсаторы было подано напряжение, превышающее допустимое. Такой блок питания можно отремонтировать, только имея профессиональное образование и измерительные приборы, но экономически такой ремонт не целесообразен.
Главное при ремонте БП не забывать, что электролитические конденсаторы имеют полярность. Со стороны отрицательного вывода на корпусе конденсатора имеется маркировка, в виде широкой светлой вертикальной полосы, как показано на фото выше. На печатной плате отверстие для отрицательного вывода конденсатора расположено в зоне маркировки белого (черного) полукруга или отверстие для положительного вывода обозначается знаком «+».
Проверка дросселя групповой стабилизации БП АТХ
Если из системного блока компьютера вдруг запахло гарью, то одной из причин может быть перегрев дросселя групповой стабилизации в БП или подгоревшая обмотка одного из кулеров. При этом компьютер обычно продолжает нормально работать. Если после вскрытия системного блока и осмотра все кулеры вращаются, то значит, неисправен дроссель. Компьютер необходимо сразу выключить и заняться ремонтом.
На фотографии показан БП компьютера со снятой крышкой, в центре которой виден дроссель, покрытый изоляцией зеленого цвета, подгоревшей сверху. Когда я подключил этот БП к нагрузке и подал на него питающее напряжение, то через пару минут из дросселя пошла тонкая струйка дыма. Проверка показала, что все выходные напряжения в допуске и размах пульсаций не превышает допустимый.
Через дроссель проходит ток всех питающих компьютер напряжений и очевидно, что произошло нарушение изоляции проводов обмоток вследствие чего, они закоротили между собой.
Обмотки можно перемотать на этот же сердечник, но в результате сильного нагрева магнитодиэлектрик сердечника может потерять добротность, в результате из-за больших токов Фуко будет нагреваться даже при целых обмотках. Поэтому рекомендую установить новый дроссель. Если аналога нет, то нужно посчитать витки обмоток, сматывая их на сгоревшем дросселе, и намотать изолированным проводом такого же сечения на новом сердечнике. При этом нужно соблюдать направление обмоток.
Проверка других элементов БП
Резисторы и простые конденсаторы не должны иметь потемнений и нагаров. Корпуса полупроводниковых приборов должны быть целыми, без сколов и трещин. При самостоятельном ремонте целесообразно выполнить замену только элементов, отображенных на структурной схеме. Если потемнела краска на резисторе, или развалился транзистор, то менять их бессмысленно, так как, скорее всего это следствие выхода из строя других элементов, которые без приборов не обнаружить. Потемневший корпус резистора не всегда свидетельствует о его неисправности. Вполне возможно просто потемнела только краска, а сопротивление резистора в норме.
В современном мире развитие и устаревание комплектующих персональных компьютеров происходит очень быстро. Вместе с тем один из основных компонентов ПК – форм-фактора ATX – практически не изменял свою конструкцию последние 15 лет .
Следовательно, блок питания и суперсовременного игрового компьютера, и старого офисного ПК работают по одному и тому же принципу, имеют общие методики диагностики неисправностей.
Материал, изложенный в этой статье, может применяться к любому блоку питания персональных компьютеров с минимумом нюансов.
Типовая схема блока питания ATX приведена на рисунке. Конструктивно он представляет собой классический импульсный блок на ШИМ-контроллере TL494, запускающемся по сигналу PS-ON (Power Switch On) с материнской платы. Все остальное время, пока вывод PS-ON не подтянут к массе, активен только источник дежурного питания (Standby Supply) с напряжением +5 В на выходе.
Рассмотрим структуру блока питания ATX подробнее. Первым ее элементом является
:
Его задача – это преобразование переменного тока из электросети в постоянный для питания ШИМ-контроллера и дежурного источника питания. Структурно он состоит из следующих элементов:
- Предохранитель F1 защищает проводку и сам блок питания от перегрузки при отказе БП, приводящем к резкому увеличению потребляемого тока и как следствие – к критическому возрастанию температуры, способному привести к пожару.
- В цепи «нейтрали» установлен защитный терморезистор, уменьшающий скачок тока при включении БП в сеть.
- Далее установлен фильтр помех, состоящий из нескольких дросселей (L1, L2 ), конденсаторов (С1, С2, С3, С4 ) и дросселя со встречной намоткой Tr1 . Необходимость в наличии такого фильтра обусловлена значительным уровнем помех, которые передает в сеть питания импульсный блок – эти помехи не только улавливаются теле- и радиоприемниками, но и в ряде случаев способны приводить к неправильной работе чувствительной аппаратуры.
- За фильтром установлен диодный мост, осуществляющий преобразование переменного тока в пульсирующий постоянный. Пульсации сглаживаются емкостно-индуктивным фильтром.
Источник дежурного питания – это маломощный самостоятельный импульсный преобразователь на основе транзистора T11, который генерирует импульсы, через разделительный трансформатор и однополупериодный выпрямитель на диоде D24 запитывающие маломощный интегральный стабилизатор напряжения на микросхеме 7805. Эта схема хотя и является, что называется, проверенной временем, но ее существенным недостатком является высокое падение напряжения на стабилизаторе 7805, при большой нагрузке приводящее к ее перегреву. По этой причине повреждение в цепях, запитанных от дежурного источника, способно привести к выходу его из строя и последующей невозможности включения компьютера.
Основой импульсного преобразователя является ШИМ-контроллер . Эта аббревиатура уже несколько раз упоминалась, но не расшифровывалась. ШИМ – это широтно-импульсная модуляция, то есть изменение длительности импульсов напряжения при их постоянной амплитуде и частоте. Задача блока ШИМ, основанного на специализированной микросхеме TL494 или ее функциональных аналогах – преобразование постоянного напряжения в импульсы соответствующей частоты, которые после разделительного трансформатора сглаживаются выходными фильтрами. Стабилизация напряжений на выходе импульсного преобразователя осуществляется подстройкой длительности импульсов, генерируемых ШИМ-контроллером.
Важным достоинством такой схемы преобразования напряжения также является возможность работы с частотами, значительно большими, чем 50 Гц электросети. Чем выше частота тока, тем меньшие габариты сердечника трансформатора и число витков обмоток требуются. Именно поэтому импульсные блоки питания значительно компактнее и легче классических схем с входным понижающим трансформатором.
За включение блока питания ATX отвечает цепь на основе транзистора T9 и следующих за ним каскадов. В момент включения блока питания в сеть на базу транзистора через токоограничительный резистор R58 подается напряжение 5В с выхода источника дежурного питания, в момент замыкания провода PS-ON на массу схема запускает ШИМ-контроллер TL494. При этом отказ источника дежурного питания приведет к неопределенности работы схемы запуска БП и вероятному отказу включения, о чем уже упоминалось.
Схемотехника компьютерных блоков питания
Схемы для компьютеров
Р. АЛЕКСАНДРОВ, г. Малоярославец Калужской обл.
Радио, 2002 год, № 5, 6, 8
ИБП бытовых компьютеров рассчитаны на работу от сети однофазного переменного тока (110/230 В, 60 Гц ≈ импортные, 127/220 В, 50 Гц ≈ отечественного производства). Поскольку сеть 220 В, 50 Гц в России общепринята, проблемы выбора блока на нужное сетевое напряжение не существует. Нужно лишь убедиться, что переключатель сетевого напряжения на блоке (если он имеется) установлен в положение 220 или 230 В. Отсутствие переключателя говорит о том, что блок способен работать в обозначенном на его этикетке интервале сетевых напряжений без каких-либо переключений. ИБП, рассчитанные на частоту 60 Гц, безупречно работают в сети 50 Гц.
К системным платам формата AT ИБП подключают двумя жгутами проводов с розетками Р8 и Р9, показанными на рис. 1 (вид со стороны гнезд). Указанные в скобках цвета проводов стандартны, хотя не все изготовители ИБП их строго соблюдают. Чтобы правильно сориентировать розетки при подключении к вилкам системной платы, существует простое правило: четыре черных провода (цепь GND), подходящие к обеим розеткам, должны быть расположены рядом.
Основные цепи питания системных плат формата АТХ сосредоточены в разъеме, показанном на рис. 2. Как и в предыдущем случае, вид со стороны гнезд розетки. ИБП этого формата имеют вход дистанционного управления (цепь PS-ON), при соединении которого с общим проводом (цепью СОМ ≈ "common", эквивалентом GND) включенный в сеть блок начинает работать. Если цепь PS-ON≈СОМ разорвана, напряжения на выходах ИБП отсутствуют, за исключением "дежурных" +5 В в цепи +5VSB. В этом режиме потребляемая от сети мощность очень незначительна.
ИБП формата АТХ бывают снабжены дополнительной выходной розеткой, показанной на рис. 3 . Назначение ее цепей следующее:
FanM ≈ выход датчика скорости вращения вентилятора, охлаждающего ИБП (два импульса на один оборот);
FanC ≈ аналоговый (0...12 В) вход управления скоростью вращения этого вентилятора. Если этот вход отключен от внешних цепей или на него подано постоянное напряжение более 10 В, производительность вентилятора максимальна;
3.3V Sense ≈ вход сигнала обратной связи стабилизатора напряжения +3,3 В. Его соединяют отдельным проводом непосредственно с выводами питания микросхем на системной плате, что позволяет скомпенсировать падение напряжения на подводящих проводах. Если дополнительная розетка отсутствует, эта цепь бывает выведена на гнездо 11 основной розетки (см. рис. 2);
1394R ≈ минус изолированного от общего провода источника напряжения 8...48 В для питания цепей интерфейса IEEE-1394;
1394V ≈ плюс того же источника.
ИБП любого формата обязательно снабжают несколькими розетками для питания дисководов и некоторых других периферийных устройств компьютера.
Каждый "компьютерный" ИБП выдает логический сигнал, называемый R G. (Power Good) в блоках AT или PW-OK (Power OK) в блоках АТХ, высокий уровень которого свидетельствует, что все выходные напряжения находятся в допустимых пределах. На "материнской" плате компьютера этот сигнал участвует в формировании сигнала системного сброса (Reset). После включения ИБП уровень сигнала RG. (PW-OK) некоторое время остается низким, запрещая работу процессора, пока в цепях питания не завершатся переходные процессы.
При отключении сетевого напряжения или внезапно возникшей неисправности ИБП логический уровень сигнала P. G. (PW-OK) изменяется прежде, чем выходные напряжения блока упадут ниже допустимых значений. Это вызывает остановку процессора, предотвращает искажение данных, хранящихся в памяти, и другие необратимые операции.
Взаимозаменяемость ИБП можно оценить по следующим критериям.
Число выходных напряжений
для питания IBM PC формата AT должно быть не менее четырех (+12 В, +5 В, -5 В и -12 В). Максимальный и минимальный выходные токи регламентируют отдельно для каждого канала. Их обычные значения для источников различной мощности приведены в табл. 1 . Компьютерам формата АТХ дополнительно необходимы +3,3 В и некоторые другие напряжения (о них было сказано выше).
Учтите, что нормальная работа блока при нагрузке меньше минимальной не гарантирована, а иногда такой режим просто опасен. Поэтому включать ИБП без нагрузки в сеть (например, для проверки) не рекомендуется.
Мощность блока питания (суммарная по всем выходным напряжениям) в полностью укомплектованном периферийными устройствами бытовом ПК должна быть не менее 200 Вт. Практически необходимо иметь 230...250 Вт, а при установке дополнительных "винчестеров" и приводов CD-ROM может потребоваться и больше. Сбои в работе ПК, особенно возникающие в моменты включения электродвигателей упомянутых устройств, нередко связаны именно с перегрузкой блока питания. Компьютеры, используемые в качестве серверов информационных сетей, потребляют до 350 Вт. ИБП небольшой мощности (40... 160 Вт) применяют в специализированных, например, управляющих компьютерах с ограниченным набором периферии.
Объем , занимаемый ИБП, обычно растет за счет увеличения его длины в сторону передней панели ПК. Установочные размеры и точки крепления блока в корпусе компьютера остаются неизменными. Поэтому любой (за редкими исключениями) блок удастся установить на место отказавшего.
Основой большинства ИБП служит двухтактный полумостовой инвертор, работающий на частоте в несколько десятков килогерц. Напряжение питания инвертора (приблизительно 300 В) ≈ выпрямленное и сглаженное сетевое. Собственно инвертор состоит из узла управления (генератора импульсов с промежуточным каскадом усиления мощности) и мощного выходного каскада. Последний нагружен на высокочастотный силовой трансформатор. Выходные напряжения получают с помощью выпрямителей, подключенных к вторичным обмоткам этого трансформатора. Стабилизация напряжений производится с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) импульсов, генерируемых инвертором. Обычно стабилизирующей ОС охвачен лишь один выходной канал, как правило, +5 или +3,3 В. В результате напряжения на других выходах не зависят от напряжения в сети, но остаются подверженными влиянию нагрузки. Иногда их дополнительно стабилизируют с помощью обычных микросхем-стабилизаторов.
СЕТЕВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ
В большинстве случаев этот узел выполняют по схеме, подобной показанной на рис. 4 , различия лишь в типе выпрямительного моста VD1 и большем или меньшем числе защитных и предохранительных элементов. Иногда мост собран из отдельных диодов. При разомкнутом выключателе S1, что соответствует питанию блока от сети 220...230 В, выпрямитель ≈ мостовой, напряжение на его выходе (соединенных последовательно конденсаторах С4, С5) близко к амплитуде сетевого. При питании от сети 110... 127 В, замкнув контакты выключателя, превращают устройство в выпрямитель с удвоением напряжения и получают на его выходе постоянное напряжение, вдвое большее амплитуды сетевого. Подобное переключение предусматривают в ИБП, стабилизаторы которых удерживают выходные напряжения в допустимых пределах лишь при отклонении сетевого на 20%. Блоки с более эффективной стабилизацией способны работать при любом сетевом напряжении (как правило, от 90 до 260 В) без переключения.
Резисторы R1, R4 и R5 предназначены для разрядки конденсаторов выпрямителя после его отключения от сети, а С4 и С5, кроме того, выравнивают напряжения на конденсаторах С4 и С5. Терморезистор R2 с отрицательным температурным коэффициентом ограничивает амплитуду броска тока зарядки конденсаторов С4, С5 в момент включения блока. Затем в результате саморазогрева его сопротивление падает, и он практически не влияет на работу выпрямителя. Варистор R3 с классификационным напряжением больше максимальной амплитуды сетевого защищает от выбросов последнего. К сожалению, этот варистор бесполезен при случайном включении блока с замкнутым выключателем S1 в сеть 220 В. От тяжелых последствий этого спасает замена резисторов R4, R5 варисторами с классификационным напряжением 180...220 В, пробой которых влечет за собой сгорание плавкой вставки FU1. Иногда варисторы подключают параллельно указанным резисторам или только одному из них.
Конденсаторы С1 ≈ СЗ и двухобмо-точный дроссель L1 образуют фильтр, защищающий компьютер от проникновения помех из сети, а сеть ≈ от помех, создаваемых компьютером. Через конденсаторы С1 и СЗ корпус компьютера связан по переменному току с проводами сети. Поэтому напряжение прикосновения к незаземленному компьютеру может достигать половины сетевого. Это не опасно для жизни, так как реактивное сопротивление конденсаторов достаточно велико, но нередко приводит к выходу из строя интерфейсных цепей в момент подключения к компьютеру периферийных устройств.
МОЩНЫЙ КАСКАД ИНВЕРТОРА
На рис. 5 показана часть схемы распространенного ИБП GT-150W. Импульсы, сформированные узлом управления, через трансформатор Т1 поступают на базы транзисторов VT1 и VT2, поочередно открывая их. Диоды VD4, VD5 защищают транзисторы от напряжения обратной полярности. Конденсаторы С6 и С7 соответствуют С4 и С5 в выпрямителе (см. рис. 4). Напряжения вторичных обмоток трансформатора Т2 выпрямляют для получения выходных. Один из выпрямителей (VD6, VD7 с фильтром L1C5) показан на схеме.
Большинство мощных каскадов ИБП отличаются от рассмотренного лишь типами транзисторов, которые могут быть, например, полевыми или содержать встроенные защитные диоды. Существует несколько вариантов исполнения базовых цепей (для биполярных) или цепей затвора (для полевых транзисторов) с разным числом, номиналами и схемами включения элементов. Например, резисторы R4, R6 могут быть подключены непосредственно к базам соответствующих транзисторов.
В установившемся режиме узел управления инвертором питают выходным напряжением ИБП, но в момент включения оно отсутствует. Существуют два основных способа получить необходимое для пуска инвертора напряжение питания. Первый из них реализован в рассматриваемой схеме (рис. 5). Сразу после включения блока выпрямленное сетевое напряжение поступает через резистивный делитель R3 ≈ R6 в базовые цепи транзисторов VT1 и\/Т2, приоткрывая их, причем диоды VD1 и VD2 предотвращают шунтирование участков база-эмиттер транзисторов обмотками II и III трансформатора Т1. В это же время происходит зарядка конденсаторов С4, С6 и С7, причем ток зарядки конденсатора С4, протекая по обмотке I трансформатора Т2 и по части обмотки II трансформатора Т1, наводит в обмотках II и III последнего напряжение, открывающее один из транзисторов и закрывающее другой. Какой из транзисторов закроется, а какой ≈ откроется, зависит от асимметрии характеристик элементов каскада.
В результате действия положительной ОС процесс протекает лавинообразно, а наведенный в обмотке II трансформатора Т2 импульс через один из диодов VD6, VD7, резистор R9 и диод VD3 заряжает конденсатор СЗ до напряжения, достаточного для начала работы узла управления. В дальнейшем он питается по той же цепи, а выпрямленное диодами VD6, VD7 напряжение после сглаживания фильтром L1C5 поступает на выход+12 В ИБП.
Вариант цепей начального запуска, использованный в ИБП LPS-02-150XT, отличается только тем, что напряжение на делитель, аналогичный R3 ≈ R6 (рис. 5), подают от отдельного однополупериодного выпрямителя сетевого напряжения с конденсатором фильтра небольшой емкости. В результате транзисторы инвертора приоткрываются раньше, чем зарядятся конденсаторы фильтра основного выпрямителя (С6, С7, см. рис. 5), что обеспечивает более уверенный запуск.
Второй способ питания узла управления во время пуска предусматривает наличие специального понижающего трансформатора небольшой мощности с выпрямителем, как показано на схеме рис. 6 , примененной в ИБП PS-200B.
Число витков вторичной обмотки трансформатора выбрано таким образом, чтобы выпрямленное напряжение было немного меньшим выходного в канале +12 В блока, но достаточным для работы узла управления. Когда выходное напряжение ИБП достигает номинала, диод VD5 открывается, диоды моста VD1 ≈ VD4 остаются закрытыми в течение всего периода переменного напряжения и узел управления переходит на питание выходным напряжением инвертора, не потребляя больше энергии от "пускового" трансформатора.
В мощных каскадах инверторов, запускаемых таким образом, необходимость в начальном смещении на базах транзисторов и положительной обратной связи отсутствует. Поэтому не требуется резисторов R3, R5, диоды VD1, VD2 заменяют перемычками, а обмотку II трансформатора Т1 выполняют без отвода (см. рис. 5).
ВЫХОДНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
На рис. 7 показана типовая схема четырехканального выпрямительного узла ИБП. Чтобы не нарушать симметрии пе-ремагничивания магнитопровода силового трансформатора выпрямители строят только по двухполупериодным схемам, причем мостовые выпрямители, для которых характерны повышенные потери, почти не применяют. Главная особенность выпрямителей в ИБП ≈ сглаживающие фильтры, начинающиеся с индуктивности (дросселя). Напряжение на выходе выпрямителя с подобным фильтром зависит не только от амплитуды, но и от скважности (отношения длительности к периоду повторения) поступающих на вход импульсов. Это дает возможность стабилизировать выходное напряжение, изменяя скважность входного. Применяемые во многих других случаях выпрямители с фильтрами, начинающимися с конденсатора, подобным свойством не обладают. Процесс изменения скважности импульсов обычно называют ШИМ ≈ широтно-импульсной модуляцией (англ. PWM ≈ Pulse Width Modulation).
Так как амплитуда импульсов, пропорциональная напряжению в питающей сети, на входах всех имеющихся в блоке выпрямителей изменяется по одинаковому закону, стабилизация с помощью ШИМ одного из выходных напряжений стабилизирует и все остальные. Чтобы усилить этот эффект, дроссели фильтров L1.1 ≈ L1.4 всех выпрямителей намотаны на общем магнитопроводе. Магнитная связь между ними дополнительно синхронизирует происходящие в выпрямителях процессы.
Для правильной работы выпрямителя с L-фильтром необходимо, чтобы ток его нагрузки превышал некоторое минимальное значение, зависящее от индуктивности дросселя фильтра и частоты импульсов. Эту начальную нагрузку создают резисторы R4 ≈ R7, подключенные параллельно выходным конденсаторам С5 ≈ С8. Они же служат для ускорения разрядки конденсаторов после выключения ИБП.
Иногда напряжение -5 В получают без отдельного выпрямителя из напряжения -12 В с помощью интегрального стабилизатора серии 7905. Отечественные аналоги ≈ микросхемы КР1162ЕН5А, КР1179ЕН05. Ток, потребляемый узлами компьютера по этой цепи, обычно не превышает нескольких сотен миллиампер.
В некоторых случаях интегральные стабилизаторы устанавливают и в других каналах ИБП. Это решение исключает влияние изменяющейся нагрузки на выходные напряжения, но снижает КПД блока и по этой причине применяется только в сравнительно маломощных каналах. Примером может служить схема узла выпрямителей ИБП PS-6220C, показанная на рис. 8 . Диоды VD7 ≈ VD10 ≈ защитные.
Как и в большинстве других блоков, здесь в выпрямителе напряжения +5 В установлены диоды с барьером Шоттки (сборка VD6), отличающиеся меньшими, чем у обычных диодов падением напряжения в прямом направлении и временем восстановления обратного сопротивления. Оба этих фактора благоприятны для увеличения КПД. К сожалению, сравнительно низкое допустимое обратное напряжение не позволяет применять диоды Шоттки и в канале +12 В. Однако в рассматриваемом узле эта проблема решена последовательным соединением двух выпрямителей: к 5 В недостающие 7 В добавляет выпрямитель на сборке диодов Шоттки VD5.
Для устранения опасных для диодов выбросов напряжения, возникающих в обмотках трансформатора на фронтах импульсов, предусмотрены демпфирующие цепи R1C1, R2C2, R3C3 и R4C4.
УЗЕЛ УПРАВЛЕНИЯ
В большинстве "компьютерных" ИБП этот узел построен на базе микросхемы ШИМ-контроллера TL494CN (отечественный аналог ≈ КР1114ЕУ4) или ее модификаций. Основная часть схемы подобного узла ≈ на рис. 9 , на ней показаны и элементы внутреннего устройства упомянутой микросхемы.
Генератор пилообразного напряжения G1 служит задающим. Его частота зависит от номиналов внешних элементов R8 и СЗ. Генерируемое напряжение поступает на два компаратора (A3 и А4), выходные импульсы которых суммирует элемент ИЛИ D1. Далее импульсы через элементы ИЛИ-НЕ D5 и D6 подают на выходные транзисторы микросхемы (V3, V4). Импульсы с выхода элемента D1 поступают также на счетный вход триггера D2, и каждый из них изменяет состояние триггера. Таким образом, если на вывод 13 микросхемы подана лог. 1 или он, как в рассматриваемом случае, оставлен свободным, импульсы на выходах элементов D5 и D6 чередуются, что и необходимо для управления двухтактным инвертором. Если микросхему TL494 применяют в однотактном преобразователе напряжения, вывод 13 соединяют с общим проводом, в результате триггер D2 больше не участвует в работе, а импульсы на всех выходах появляются одновременно.
Элемент А1 ≈ усилитель сигнала ошибки в контуре стабилизации выходного напряжения ИБП. Это напряжение (в рассматриваемом случае ≈ +5 В) через резистивный делитель R1R2 поступает на один из входов усилителя. На втором его входе ≈ образцовое напряжение, полученное от встроенного в микросхему стабилизатора А5 с помощью резистивного делителя R3 ≈ R5. Напряжение на выходе А1, пропорциональное разности входных, задает порог срабатывания компаратора А4 и, следовательно, скважность импульсов на его выходе. Так как выходное напряжение ИБП зависит от скважности (см. выше), в замкнутой системе автоматически поддерживается его равенство образцовому с учетом коэффициента деления R1R2. Цепь R7C2 необходима для устойчивости стабилизатора. Второй усилитель (А2) в данном случае от ключей подачей соответствующих напряжений на его входы и в работе не участвует.
Функция компаратора A3 ≈ гарантировать наличие паузы между импульсами на выходе элемента D1, даже если выходное напряжение усилителя А1 вышло за допустимые пределы. Минимальный порог срабатывания A3 (при соединении вывода 4 с общим проводом) задан внутренним источником напряжения GV1. С увеличением напряжения на выводе 4 минимальная длительность паузы растет, следовательно, максимальное выходное напряжение ИБП падает.
Этим свойством пользуются для плавного пуска ИБП. Дело в том, что в начальный момент работы блока конденсаторы фильтров его выпрямителей полностью разряжены, что эквивалентно замыканию выходов на общий провод. Пуск инвертора сразу же "на полную мощность" приведет к огромной перегрузке транзисторов мощного каскада и возможному выходу их из строя. Цепь C1R6 обеспечивает плавный, без перегрузок, пуск инвертора.
В первый после включения момент конденсатор С1 разряжен, а напряжение на выводе 4 DA1 близко к +5 В, получаемым от стабилизатора А5. Это гарантирует паузу максимально возможной длительности, вплоть до полного отсутствия импульсов на выходе микросхемы. По мере зарядки конденсатора С1 через резистор R6 напряжение на выводе 4 уменьшается, а с ним и длительность паузы. Одновременно растет выходное напряжение ИБП. Так продолжается, пока оно не приблизится к образцовому и не вступит в действие стабилизирующая обратная связь. Дальнейшая зарядка конденсатора С1 на процессы в ИБП не влияет. Так как перед каждым включением ИБП конденсатор С1 должен быть полностью разряжен, во многих случаях предусматривают цепи его принудительной разрядки (на рис. 9 не показаны).
ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КАСКАД
Задача этого каскада ≈ усиление импульсов перед их подачей на мощные транзисторы. Иногда промежуточный каскад отсутствует как самостоятельный узел, входя в состав микросхемы задающего генератора. Схема такого каскада, примененного в ИБП PS-200B, показана на рис. 10 . Согласующий трансформатор Т1 здесь соответствует одноименному на рис. 5.
В ИБП APPIS использован промежуточный каскад по схеме, приведенной на рис. 11 , отличающийся от рассмотренного выше наличием двух согласующих трансформаторов Т1 и Т2 ≈ отдельно для каждого мощного транзистора. Полярность включения обмоток трансформаторов такова, что транзистор промежуточного каскада и связанный с ним мощный транзистор находятся в открытом состоянии одновременно. Если не принять специальных мер, через несколько тактов работы инвертора накопление энергии в магнитопроводах трансформаторов приведет к насыщению последних и значительному уменьшению индуктивности обмоток.
Рассмотрим, как решается эта проблема, на примере одной из "половин" промежуточного каскада с трансформатором Т1. При открытом транзисторе микросхемы обмотка Ia подключена к источнику питания и общему проводу. Через нее течет линейно нарастающий ток. В обмотке II наводится положительное напряжение, поступающее в базовую цепь мощного транзистора и открывающее его. Когда транзистор в микросхеме будет закрыт, ток в обмотке Iа прервется. Но магнитный поток в магнитопроводе трансформатора не может измениться мгновенно, поэтому в обмотке Iб возникнет линейно спадающий ток, текущий через открывшийся диод VD1 от общего провода к плюсу источника питания. Таким образом энергия, накопленная в магнитном поле в течение импульса, в паузе возвращается в источник. Напряжение на обмотке II во время паузы ≈ отрицательное, и мощный транзистор закрыт. Аналогичным образом, но в противофазе, работает вторая "половина" каскада с трансформатором Т2.
Наличие в магнитопроводах пульсирующих магнитных потоков с постоянной составляющей приводит к необходимости увеличивать массу и объем трансформаторов Т1 и Т2. В целом промежуточный каскад с двумя трансформаторами не очень удачен, хотя он и получил довольно широкое распространение.
Если мощности транзисторов микросхемы TL494CN недостаточно для непосредственного управления выходным каскадом инвертора, применяют схему, подобную приведенной на рис. 12 , где изображен промежуточный каскад ИБП KYP-150W. Половины обмотки I трансформатора Т1 служат коллекторными нагрузками транзисторов VT1 и VT2, поочередно открываемых импульсами, поступающими от микросхемы DA1. Резистор R5 ограничивает коллекторный ток транзисторов приблизительно до 20 мА. С помощью диодов VD1, VD2 и конденсатора С1 на эммитерах транзисторов VT1 и VT2 поддерживают необходимое для их надежного закрывания напряжение +1,6 В. Диоды VD4 и VD5 демпфируют колебания, возникающие в моменты переключения транзисторов в контуре, образованном индуктивностью обмотки I трансформатора Т1 и ее собственной емкостью. Диод VD3 закрывается, если выброс напряжения на среднем выводе обмотки I превышает напряжение питания каскада.
Еще один вариант схемы промежуточного каскада (ИБП ESP-1003R) показан на рис. 13. В данном случае выходные транзисторы микросхемы DA1 включены по схеме с общим коллектором. Конденсаторы С1 и С2 ≈ форсирующие. Обмотка I трансформатора Т1 не имеет среднего вывода. В зависимости от того, какой из транзисторов VT1, VT2 в данный момент открыт, цепь обмотки замыкается на источник питания через резистор R7 или R8, подключенный к коллектору закрытого транзистора.
ПОИСК И УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ
Прежде чем ремонтировать ИБП, его необходимо извлечь из системного блока компьютера. Для этого отключают компьютер от сети, вынув вилку из розетки. Вскрыв корпус компьютера, освобождают все разъемы ИБП и, отвернув четыре винта на задней стенке системного блока, вынимают ИБП. Затем снимают П-образную крышку корпуса ИБП, отвернув крепящие ее винты. Печатную плату можно извлечь, отвернув три винта-"самореза", которыми она закреплена. Особенность плат многих ИБП в том, что печатный проводник общего провода разделен на две части, которые соединяются между собой лишь через металлический корпус блока. На извлеченной из корпуса плате эти части необходимо соединить навесным проводником.
Если блок питания был отключен от сети питания менее получаса назад, необходимо найти на плате и разрядить оксидные конденсаторы 220 или 470 мкФ х 250 В (это самые большие конденсаторы в блоке). В процессе ремонта эту операцию рекомендуется повторять после каждого отключения блока от сети либо временно зашунтировать конденсаторы резисторами 100...200 кОм мощностью не менее 1 Вт.
В первую очередь осматривают детали ИБП и выявляют явно неисправные, например, сгоревшие или с трещинами в корпусе. Если выход блока из строя был вызван неисправностью вентилятора, следует проверить элементы, установленные на теплоотводах: мощные транзисторы инвертора и сборки диодов Шотки выходных выпрямителей. При "взрыве" оксидных конденсаторов происходит разбрызгивание их электролита по всему блоку. Во избежание окисления металлических токоведущих частей необходимо смыть электролит слабощелочным раствором (например, разведя средство "Fairy" водой в соотношении 1:50).
Включив блок в сеть, прежде всего следует измерить все его выходные напряжения. Если окажется, что хотя бы в одном из выходных каналов напряжение близко к номинальному значению, неисправность следует искать в выходных цепях неисправных каналов. Однако, как показывает практика, выходные цепи редко выходят из строя.
В случае нарушения работы всех каналов методика определения неисправностей следующая. Измеряют напряжение между плюсовым выводом конденсатора С4 и минусовым С5 (см. рис. 4) или коллектором транзистора VT1 и эмиттером VT2 (см. рис. 5) Если измеренное значение существенно меньше 310 В, нужно проверить и при необходимости заменить диодный мост VD1 (см. рис. 4) или отдельные составляющие его диоды. Если выпрямленное напряжение в норме, а блок не работает, скорее всего, отказал один или оба транзистора мощного каскада инвертора (VT1, VT2, см. рис. 5), которые подвержены наибольшим тепловым перегрузкам. При исправных транзисторах остается проверить микросхему TL494CN и связанные с ней цепи.
Отказавшие транзисторы допускается заменять отечественными или импортными аналогами, подходящими по электрическим параметрам, габаритным и установочным размерам, руководствуясь данными, приведенными в табл. 2. Замену диодам подбирают по табл. 3.
Выпрямительные диоды сетевого выпрямителя (см. рис. 4) можно с успехом заменить отечественными КД226Г, КД226Д. Если в сетевом выпрямителе установлены конденсаторы емкостью 220 мкФ, желательно их заменить на 470 мкФ, место для этого на плате обычно предусмотрено. Для снижения помех рекомендуется каждый из четырех выпрямительных диодов зашунтировать конденсатором 1000 пФ на напряжение 400...450 В.
Транзисторы 2SC3039 можно заменить отечественными КТ872А. А вот демпфирующий диод PXPR1001 взамен отказавшего трудно приобрести даже в больших городах. В этой ситуации можно воспользоваться тремя соединенными последовательно диодами КД226Г или КД226Д. Существует возможность взамен отказавшего диода и защищенного им мощного транзистора установить транзистор со встроенным демпфирующим диодом, например, 2SD2333, 2SD1876, 2SD1877 или 2SD1554. Следует заметить, что во многих выпущенных после 1998 г. ИБП такая замена уже произведена.
Для увеличения кликните по изображению (откроется в новом окне)
Для повышения надежности работы ИЭП можно рекомендовать параллельно резисторам R7 и R8 (см. рис. 5) подключить дроссели индуктивностью по 4 мкГн. Их можно намотать проводом диаметром не менее 0,15 мм в шелковой изоляции на любых кольцевых магнитопроводах. Число витков рассчитывают по известным формулам.
Подстроечный резистор для регулировки выходного напряжения (R3, см. рис. 9) во многих ИБП отсутствует, вместо него установлен постоянный. Если требуется подстройка, ее можно произвести, временно установив подстроечный резистор, а затем вновь заменив его постоянным найденного номинала.
Для повышения надежности полезно заменить установленные в фильтрах наиболее мощных выпрямителей + 12 В и +5 В импортные оксидные конденсаторы эквивалентными по емкости и напряжению конденсаторами К50-29. Следует заметить, что на платах многих ИБП установлены не все предусмотренные схемой конденсаторы (по-видимому, из экономии), что отрицательно сказывается на характеристиках блока. Рекомендуется установить недостающие конденсаторы на предназначенные для них места.
Собирая блок после ремонта, не забудьте удалить временно установленные перемычки и резисторы, а также подключить к соответствующему разъему встроенный вентилятор.
ЛИТЕРАТУРА
1. Куличков А. Импульсные блоки питания для IBM PC. - М.: ДМК, серия "Ремонт и сервис", 2000.
2. Гук М. Аппаратные средства IBM PC. - С.-Пб.: Питер, 2000.
3. Куневич А.. Сидоров И. Индуктивные элементы на ферритах. - С.-Пб.: Лениздат, 1997.
4. Никулин С. Надежность элементов радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Энергия, 1979.
Устройство блока питания стационарных компьютеров подразумевает использование метода импульсной стабилизации напряжения . Подаваемое напряжение бытовой электросети составляет 110/230 В с частотой 50-60 Гц на входе, а на выходе имеется ряд линий постоянного тока, где для основных линий номиналом считаются 2,5 и 3,3 В. Блок питания способен обеспечить напряжение в 12В и 5В в случае использования шины ISA. Напряжение в 5В было исключено из стандарта АТХ из-за прекращения поддержки ISA-шины.
Устройство компьютерного блока питания.
Отталкиваясь от указанной выше упрощенной схемы стандартного импульсного блока питания , можно выделить четыре основных этапа:
- фильтр ЭМП - электромагнитных помех (RFI filter);
- первичная цепь - входной выпрямитель (rectifier), ключевые транзисторы (switcher), создающие переменный ток высокой частоты на первичной обмотке трансформатора;
- основной трансформатор;
- вторичная цепь - выпрямители тока со вторичной обмотки трансформатора (rectifiers), сглаживающие фильтры на выходе (filtering).
Устройство блока питания компьютера. Фильтр ЭМП.
Устройство блока питания компьютера включает в себя фильтр ЭМП - это входной фильтр блока питания подавляет два типа электромагнитных помех: синфазных (common-mode) и дифференциальных (differential-mode). Для первого типа характерно течение тока в одном направлении, а во втором случае ток течет в разных направлениях.
Дифференциальные помехи подавляются с помощью включенного параллельно нагрузке конденсатора СХ, представляющий собой пленочный конденсатор. Иногда на провода вешают дроссель, выполняющий ту же функцию.
Устройство блока питания также в себя включает конденсаторы CY, которые образуют фильтр синфазных помех. Они соединяют линии питания в общей точке с землей и так называемым синфазным дросселем (LF1 на схеме), в обмотках которого ток течет в одном направлении, тем самым создавая сопротивление для таких помех.
Дешевые модели блоков питания оснащают минимальным набором деталей фильтра, а дорогие имеют повторяющиеся звенья. В прошлом фильтр ЭМП и вовсе не входил в устройство блока питания. Даже сейчас можно встретить дешевый блок питания без фильтра, но такие курьезные случаи за годы значительно уменьшились. Являясь мощным источником помех, такой блок питания будет негативно влиять на включенную в бытовую сеть технику.
Устройство блока питания хорошего качества включает в себя детали, защищающие владельца или сам блок питания от повреждений. Как правило, используется плавкий предохранитель, защищающий от короткого замыкания (F1). При срабатывании предохранителя, блок питания перестанет быть защищаемым объектом. В случае короткого замыкания пробивает ключевые транзисторы, поэтому необходимо предотвратить возгорание электропроводки. Сгоревший предохранитель будет уже бессмысленно менять заменять.
Для защиты от кратковременных скачков напряжения используется варистор (MOV - Metal Oxide Varistor). К сожалению, устройство блока питания не включает в себя защиту от длительного повышения напряжения, поэтому используют внешние стабилизаторы, оснащенные трансформатором внутри.
Конденсатор в цепи PFC после выпрямителя способен сохранять существенный заряд в случае отключения от питания. Для безопасности устанавливается разряжающий резистор большого номинала. Иногда в устройство блока питания интегрируется управляющая схема, не дающая заряду утекать в процессе работы устройства.
Присутствие фильтра в блоке питания для компьютера и другой компьютерной техники означает то, что покупка варисторного фильтра вместо удлинителя не имеет смысла. Они имеют одинаковую начинку. Главное условие для комфортного использования - это нормальная трехконтактная проводка с заземлением, иначе соединенные с землей конденсаторы CY просто не смогут нормально функционировать.
