Схема блока питания stc atx 450w. Рекомендации по выбору блока питания. Электрические параметры и характеристики блоков питания

Схемотехника этих блоков питания примерно одинакова практически у всех производителей. Небольшое отличие касается лишь БП AT и ATX. Главное различие между ними заключается в том, что БП в AT не поддерживает программно стандарт расширенного управления питанием. Отключить данный БП можно, лишь прекратив подачу напряжение на его вход, а в блоках питания формата ATX есть возможность программного отключения сигналом управления с материнской платы. Как правило плата ATX имеет большие размеры чем AT и вытянута по вертикали.
Общие сведения.

Блок питания реализован в формате ATX12V 2.0, адаптирован под отечественного потребителя, поэтому в нем отсутствуют выключатель питания и переключатель вида переменной сети. Выходные разъемы включают:
разъем для подключения к системной плате -основной 24-контактный разъем питания;
4-контактный разъем +12 V (Р4 connector);
разъемы питания съемных носителей;
питание жесткого диска Serial ATA. Предполагается, что основной разъем питания
может быть легко трансформированным в 20-контактный путем отбрасывания 4-контактной группы, что делает его совместимым с материнскими платами старых форматов. Наличие 24-контактного разъема позволяет обеспечить максимальную мощность разъема с использованием стандартных терминалов в 373.2 Вт .
Эксплуатационная информация об источнике питания ATX-350WP4 приведена в табл.

Характеристика	Параметр
Назначение	Внутренний блок питания для ПК
Формат	ATX12V 2.0
Максимальная мощность	350 Вт
Входная сеть -, В/А	230/4
Частота переменного тока, Гц	50
Выходные напряжения, В	+3,3;+5;+12;-12;-5;+5_SB
Размеры, см	15,0x8,6x14,0

Структурная схема.

Набор элементов структурной схемы источника питания ATX-350WP4 характерен для блоков питания импульсного типа . К ним относятся двухзвенный заградительный фильтр сетевых помех, низкочастотный высоковольтный выпрямитель с фильтром, основной и вспомогательный импульсные преобразователи, высокочастотные выпрямители, монитор выходных напряжений, элементы защиты и охлаждения. Особенностью источника питания такого типа является наличие напряжения питающей сети на входном разъеме блока питания, при этом ряд элементов блока находятся под напряжением, присутствует напряжение на некоторых его выходах, в частности, на выходах +5V_SB. Структурная схема источника показана на рис.1.

Работа источника питания.

Выпрямленное сетевое напряжение величиной порядка 300 В является питающим для основного и вспомогательного преобразователей. Кроме того, с выходного выпрямителя вспомогательного преобразователя подается напряжение питания на микросхему управления основным преобразователем. В выключенном состоянии (сигнал PS_On имеет высокий уровень) источника питания основной преобразователь находится в «спящем» режиме, в этом случае напряжение на его выходах измерительными приборами не регистрируются. В то же время, вспомогательный преобразователь вырабатывает напряжение питания основного преобразователя и выходное напряжение +5B_SB. Этот источник питания играет роль источника питания дежурного режима.

Включение основного преобразователя в работу происходит по принципу дистанционного включения, в соответствии с которым сигнал Ps_On становится равным нулевому потенциалу (низкий уровень напряжения) при включении компьютера. По этому сигналу монитором выходных напряжений выдается сигнал разрешения на формирование управляющих импульсов ШИМ-контроллера основного преобразователя максимальной длительности. Основной преобразователь выходит из «спящего» режима. С высокочастотных выпрямителей через соответствующие сглаживающие фильтры на выход блока питания поступают напряжения ±12 В, ±5 В и +3,3 В.

С задержкой в 0,1...0,5 с относительно появления сигнала PS_On, но достаточной для окончания переходных процессов в основном преобразователе и формирования питающих напряжений +3,3 В. +5 В, +12 В на выходе блока питания, монитором выходных напряжений формируется сигнал RG. (питание в норме). Сигнал P.G. является информационным, свидетельствующим о нормальной работе блока питания. Он выдается на материнскую плату для начальной установки и запуска процессора. Таким образом, сигнал Ps_On управляет включением блока питания, а сигнал P.G. отвечает за запуск материнской платы, оба сигнала входят в состав 24-контактного разъема.
Основной преобразователь использует импульсный режим, управление преобразователем осуществляется от ШИМ-контроллера. Длительность открытого состояния ключей преобразователя определяет величину напряжения выходных источников, которое может быть стабилизировано в пределах допустимой нагрузки.

Состояние блока питания контролируется монитором выходных напряжений. В случае перегрузки или недозагрузки, монитором формируют сигналы, запрещающие функционирование ШИМ-контроллера основного преобразователя, переводя его в спящий режим.
Аналогичная ситуация возникает в условиях аварийной эксплуатации блока питания, связанной с короткими замыканиями в нагрузке, контроль которых осуществляется специальной схемой контроля. Для облегчения тепловых режимов в блоке питания использовано принудительное охлаждение, основанное на принципе создания отрицательного давления (выброса теплого воздуха).

Принципиальная схема источника питания показана на рис.2.

Сетевой фильтр и низкочастотный выпрямитель используют элементы защиты от сетевых помех, пройдя которые сетевое напряжение выпрямляется схемой выпрямления мостового типа. Защита выходного напряжения от помех в сети переменного тока осуществляется с помощью пары звеньев заградительного фильтра. Первое звено выполнено на отдельной плате, элементами которой являются СХ1, FL1, второе звено составляют элементы основной платы источника питания СХ, CY1, CY2, FL1. Элементы Т, THR1 защищают источник питания от токов короткого замыкания в нагрузке и всплесков напряжения во входной сети.
Мостовой выпрямитель выполнен на диодах В1-В4. Конденсаторы С1, С2 образуют фильтр низкочастотной сети. Резисторы R2, R3 - элементы цепи разряда конденсаторов С1, С2 при выключении питания. Варисторы V3, V4 ограничивают выпрямленное напряжение при бросках сетевого напряжения выше принятых пределов.
Вспомогательный преобразователь подключен непосредственно к выходу сетевого выпрямителя и схематически представляет автоколебательный блокинг-генератор. Активными элементами бло-кинг-генератора являются транзистор Q1 п-каналь-ный полевой транзистор (MOSFET) и трансформатор Т1. Начальный ток затвора транзистора Q1 создается резистором R11R12. В момент подачи питания начинает развиваться блокинг-процесс, и через рабочую обмотку трансформатора Т1 начинает протекать ток. Магнитный поток, создаваемый этим током, наводит ЭДС в обмотке положительной обратной связи. При этом через диод D5, подключенный к этой обмотке, заряжается конденсатор С7, и происходит намагничивание трансформатора. Ток намагничивания и зарядный ток конденсатора С7 приводят к уменьшению тока затвора Q1 и его последующему запиранию. Демпфирование выброса в цепи стока осуществляется элементами R19, С8, D6, надежное запирание транзистора Q1 осуществляется биполярным транзистором Q4.

Основной преобразователь блока питания выполнен по двухтактной полумостовой схеме (рис.3 ). Силовая часть преобразователя транзисторная - Q2, Q3, обратно включенные диоды D1, D2 обеспечивают защиту транзисторов преобразователя от «сквозных токов». Вторая половина моста образована конденсаторами С1, С2, создающими делитель выпрямленного напряжения. В диагональ этого моста включены первичные обмотки трансформаторов Т2 и ТЗ, первый из них выпрямительный, а второй функционирует в схеме управления и защиты от «чрезмерных» токов в преобразователе. Для исключения возможности несимметричного подмагничивания трансформатора ТЗ, что может иметь место при переходных процессах в преобразователе, применяется разделительный конденсатор СЗ. Режим работы транзисторов задается элементами R5, R8, R7, R9.
Управляющие импульсы на транзисторы преобразователя поступают через согласующий трансформатор Т2. Однако запуск преобразователя происходит в автоколебательном режиме, при открытом транзисторе 03 ток протекает по цепи:
+U(В1...В4) -> Q3(к-э) -> Т2 - T3 -> СЗ -> С2 -> -U(BL..B4).

В случае открытого транзистора Q2 ток протекает по цепи:
+U(B1...B4) -> С1 -> С3 -> Т3 -> Т2 -> Q2(к-э) -> -U(B1...B4).

Через переходные конденсаторы С5, С6 и ограничительные резисторы R5, R7 в базу ключевых транзисторов поступают управляющие сигналы, режекторная цепь R4C4 предотвращает проникновение импульсных помех в переменную электрическую сеть. Диод D3 и резистор R6 образуют цепь разряда конденсатора С5, a D4 и R10 -цепь разряда Сб.
При протекании тока через первичную обмотку ТЗ происходит процесс накопления энергии трансформатором, передача этой энергии во вторичные цепи источника питания и заряд конденсаторов С1, С2. Установившийся режим работы преобразователя начнется после того, как суммарное напряжение на конденсаторах С1, С2 достигнет величины +310 В. При этом на микросхеме U3 (выв. 12) появится питание от источника, выполненного на элементах D9, R20, С15, С16.
Управление преобразователем осуществляется каскадом, выполненным на транзисторах Q5, Q6 (рис.3). Нагрузкой каскада являются симметричные полуобмотки трансформатора Т2, в точку соединения которых поступает питающее напряжение +16 В через элементы D9, R23. Режим работы транзисторов Q5 и Q6 задается резисторами R33, R32 соответственно. Управление каскадом осуществляется импульсами микросхемы ШИМ-формирователя U3, поступающими с выводов 8 и 11 на базы транзисторов каскада. Под воздействием управляющих импульсов один из транзисторов, например Q5, открывается, а второй, Q6 соответственно, закрывается. Надежное запирание транзистора осуществляется цепочкой D15D16C17. Так, при протекании тока через открытый транзистор Q5 по цепи:
+ 16В -> D9 -> R23 -> Т2 -> Q5(к-э) -> D15, D16 -> корпус.

В эмиттере этого транзистора формируется падение напряжения +1,6 В. Этой величины достаточно для запирания транзистора Q6. Наличие конденсатора С17 способствует поддержанию запирающего потенциала во время «паузы».
Диоды D13, D14 предназначены для рассеивания магнитной энергии, накопленной полуобмотками трансформатора Т2.
ШИМ-контроллер выполнен на микросхеме AZ7500BP (BCD Semiconductor), работающей в двухтактном режиме . Элементами времязадающей цепи генератора являются конденсатор С28 и резистор R45. Резистор R47 и конденсатор С29 образуют цепь коррекции усилителя ошибки 1 (рис.4 ).

Для реализации двухтактного режима работы преобразователя вход управления выходными каскадами (выв. 13) соединен с источником эталонного напряжения (выв. 14). С выводов 8 и 11 микросхемы управляющие импульсы поступают в базовые цепи транзисторов Q5, Q6 каскада управления. Напряжение +16 В подводится на вывод питания микросхемы (выв. 12) от выпрямителя вспомогательного преобразователя.

Режим «медленного пуска» реализован с помощью усилителя ошибки 2, на неинвертирующий вход которого (выв. 16 U3) поступает напряжение питания +16 В через делитель R33R34R36R37C21, а на инвертирующий вход (выв. 15) поступает напряжение от источника опорного (выв. 14) с интегрирующего конденсатора С20 и резистора R39.
На неинвертирующий вход усилителя ошибки 1 (выв. 1 U3) через сумматор R42R43R48 поступает сумма напряжений +12 В и +3,3 В. На противоположный вход усилителя (выв. 2 U3) через делитель R40R49 подается напряжение от эталонного источника микросхемы (выв. 14 U3). Резистор R47 и конденсатор С29 - элементы частотной коррекции усилителя.
Цепи стабилизации и защиты. Длительность выходных импульсов ШИМ-контроллера (выв. 8, 11 U3) в установившемся режиме определяется сигналами обратной связи и пилообразным напряжением задающего генератора. Интервал времени, в течение которого «пила» превышает напряжение обратной связи, определяет длительность выходного импульса. Рассмотрим процесс их формирования.

С выхода усилителя ошибки 1 (выв. 3 U3) информация об отклонении выходных напряжений от номинального значения в виде медленно изменяющегося напряжения поступает на формирователь ШИМ. Далее с выхода усилителя ошибки 1 напряжение поступает на один из входов широт-но-импульсного модулятора (ШИМ). На его второй вход поступает пилообразное напряжение амплитудой +3,2 В. Очевидно, что при отклонении выходных напряжения от номинальных значений, например, в сторону уменьшения будет происходить уменьшение напряжения обратной связи при той величине пилообразного напряжения, поступающее на выв. 1, что приводит к увеличению длительности циклов выходных импульсов. При этом в трансформаторе Т1 накапливается больше электромагнитной энергии, отдаваемой в нагрузку, вследствие чего выходное напряжение повышается до номинального значения.
В аварийном режиме функционирования увеличивается падение напряжения на резисторе R46. При этом увеличивается напряжение на выводе 4 микросхемы U3, а это, в свою очередь, приводит к срабатыванию компаратора «пауза» и последующему уменьшению длительности выходных импульсов и, соответственно, к ограничению протекания тока через транзисторы преобразователя, предотвращая тем самым выход Q1, Q2 из строя.

В источнике также имеются цепи защиты от короткого замыкания в каналах выходного напряжения. Датчик короткого замыкания по каналам -12 В и -5 В образован элементами R73, D29, средняя точка которых соединена с базой транзистора Q10 через резистор R72. Сюда же через резистор R71 поступает напряжение от источника +5 В. Следовательно, наличие короткого замыкания в каналах -12 В (или -5 В) приведет к отпиранию транзистора Q10 и перегрузке по выводу 6 монитора напряжений U4, а это, в свою очередь, прекратит работу преобразователя по выводу 4 преобразователя U3.
Управление, контроль и защита источника питания. Практически всем компьютерам кроме высококачественного выполнения его функций требуется легкое и быстрое включение / выключение. Задача включения / выключения источника питания решается путем реализации в современных компьютерах принципа дистанционного включения / выключения. При нажатии кнопки «I/O», расположенной на передней панели корпуса компьютера, процессорной платой формируется сигнал PS_On. Для включения источника питания сигнал PS_On должен иметь низкий потенциал, т.е. нулевой, при выключении - высокий потенциал.

В источнике питания задачи управления, контроля и защиты реализованы на микросхеме U4 монитора выходных напряжений источника питания LP7510 . При поступлении нулевого потенциала (сигнал PS_On) на вывод 4 микросхемы, на выводе 3 также формируется нулевой потенциал с задержкой на 2,3 мс. Этот сигнал является запускающим для источника питания. Если же сигнал PS_On высокого уровня или же цепь поступления его разорвана, то на выводе 3 микросхемы устанавливается также высокий уровень .
Кроме того, микросхема U4 осуществляет контроль основных выходных напряжений источника питания. Так, выходные напряжения источников питания 3,3 В и 5 В не должны выходить за установленные пределы 2,2 В < 3,3В < 3,9 В и 3,5 В < 5 В < 6,1 В. В случае их выхода за эти пределы более чем на 146 мкс на выходе 3 микросхемы U4 устанавливается высокий уровень напряжения, и источник питания выключается по входу 4 микросхемы U3. Для источника питания +12 В, контролируемого по выводу 7, существует только контроль над его превышением. Напряжение питания этого источника не должно превышать больше чем 14,4 В. В перечисленных аварийных режимах основной преобразователь переходит в спящий режим путем установления на выводе 3 микросхемы U4 напряжения высокого уровня. Таким способом осуществляется контроль и защита блока питания от понижения и повышения напряжения на выходах его основных источников (рис.5 ).

Во всех случаях высокого уровня напряжения на выводе 3, напряжение на выводе 8 в норме, PG имеет низкий уровень (нулевой). В случае, когда все напряжения питания в норме, на выводе 4 устанавливается низкий уровень сигнала PSOn, а также на выводе 1 присутствует напряжение, не превышающее 1,15 В, на выводе 8 появляется сигнал высокого уровня с задержкой на 300 мс.
Схема терморегулирования предназначена для поддержания температурного режима внутри корпуса блока питания. Схема состоит из вентилятора и термистора THR2, которые подключены к каналу+12 В. Поддержание постоянной температуры внутри корпуса достигается регулированием скорости вращением вентилятора.
Выпрямители импульсного напряжения используют типовую двухполупериодную схему выпрямления со средней точкой, обеспечивающую необходимый коэффициент пульсаций.
Выпрямитель источника питания +5 V_SB выполнен на диоде D12. Двухзвенный фильтр выходного напряжения состоит из конденсатора С15, дросселя L3 и конденсатора С19. Резистор R36 -нагрузочный. Стабилизация этого напряжения осуществляется микросхемами U1, U2.

Источник питания +5 В выполнен на диодной сборке D32. Двухзвенный фильтр выходного напряжения образован обмоткой L6.2 многообмоточного дросселя, дросселя L10, конденсаторами С39, С40. Резистор R69 - нагрузочный.
Аналогично исполнен источник питания +12 В. Его выпрямитель реализован на диодной сборке D31. Двухзвенный фильтр выходного напряжения образован обмоткой L6.3 многообмоточного дросселя, дросселя L9, конденсатора С38. Нагрузка источника питания - схема терморегулирования.
Выпрямитель напряжения +3,3 В - диодная сборка D30. В схеме использован стабилизатор параллельного типа с регулирующим транзистором Q9 и параметрическом стабилизаторе U5. На управляющий вход U5 напряжение поступает с делителя R63R58. Резистор R67 - нагрузка делителя.
Для снижения уровня помех, излучаемых импульсными выпрямителями в электрическую сеть, параллельно вторичным обмоткам трансформатора Т1 включены резистивно-емкостные фильтры на элементах R20, R21, СЮ, С11.
Источники питания отрицательных напряжений -12 В, -5 В формируются аналогично. Так для источника - 12 В выпрямитель выполнен на диодах D24, D25, D26, сглаживающий фильтр L6.4L5C42, резистор R74 - нагрузочный.
Напряжение -5 В формируется с помощью диодов D27, 28. Фильтры этих источников -L6.1L4C41. Резистор R75 - нагрузочный.

Типовые неисправности

Перегорание сетевого предохранителя Т или выходные напряжения отсутствуют. В этом случае необходимо проверить исправность элементов заградительного фильтра и сетевого выпрямителя (В1-В4, THR1, С1, С2, V3, V4, R2, R3), а также проверить исправность транзисторов Q2, Q3. Наиболее часто в случае выбора неправильной сети переменного тока выгорают ва-ристоры V3, V4.
Проверяется также исправность элементов вспомогательного преобразователя, транзисторов Q1.Q4.
Если неисправность не обнаруживается и выход и строя рассмотренных ранее элементов не подтвердился, то проверяется наличие напряжения 310 В на последовательно соединенных конденсаторах С1,C2. При его отсутствии проверяется исправность элементов сетевого выпрямителя.

Напряжение+5\/_ЗВ выше или ниже нормы. Проверить исправность цепи стабилизации U1, U2, неисправный элемент заменяется. В качестве элемента замены U2 можно использовать TL431, КА431.

Выходные напряжения питания выше или ниже нормы. Проверяем исправность цепи обратных связей - микросхемы U3, элементов обвязки микросхемы U3: конденсаторов С21, С22, С16. В случае исправности перечисленных выше элементов заменить U3. В качестве аналогов U3 можно использовать микросхемы TL494, КА7500В, МВ3759.

Отсутствует сигнал P.G. Следует проверить наличие сигнала Ps_On, наличие питающих напряжений +12 В, +5 В, +3,3 В, +5 B_SB. В случае их наличия заменить микросхему U4. В качестве аналога LP7510 можно использовать TPS3510.

Отсутствует дистанционное включение источника питания. Проверить наличие на контакте PS-ON потенциала корпуса (нуля), исправность микросхемы U4 и элементов ее обвязки. В случае исправности элементов обвязки заменить U4.

Отсутствие вращения вентилятора. Убедиться в работоспособности вентилятора, проверить элементы цепи его включения: наличие +12 В, исправность терморезистора THR2.В статье предлагается информация о схемных решениях, рекомендации по ремонту, замене деталей-аналогов блока питания ATX-350WP4

Достаточно частый дефект, с экзотическими причинами. В дежурном режиме слышен свист. Источник свиста- демпферный конденсатор в коллекторе(стоке) транзистора дежурного источника. Для керамики свойственен пьезоэффект, усиливающийся с течением времени. Наряду с дефектным конденсатором часто наблюдается утечка у демпферного диода. Для резкого снижения свиста и повышения надежности блока питания компоненты необходимо заменить на FR207 и на конденсатор такой же емкости на напряжение не менее 1 kV. Конденсатор может быть и не керамическим.

Д. Кучеров, Журнал Радиоаматор, №3, 5 2011г

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

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

+12В
+3,3В

Существуют также дополнительное напряжение:

−12В

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

Простейший импульсный БП

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

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

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

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

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

Рассмотрим элементы схемы подробнее:

Х2 - разъем источник питания схемы.

Х1 - разъем с которого снимается выходное напряжение.

R1 - сопротивление, задающее начальное небольшое смещение на ключах. Оно необходимо для более стабильного запуска процесса колебаний в преобразователе.

R2 - сопротивление, которое ограничивает ток базы на транзисторах, это необходимо для защиты транзисторов от сгорания.

ТР1 - Трансформатор имеет три группы обмоток. Первая выходная обмотка формирует выходное напряжение. Вторая обмотка служит нагрузкой для транзисторов. Третья формирует управляющее напряжение для транзисторов.

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

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

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

Блоки питания форм-фактора АТХ без коррекции коэффициента мощности

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

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

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

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

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

Схема АТХ блока питания мощностью 150–300 Вт

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

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

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

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

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

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

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

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

Конденсаторы, выполняющие фильтрацию выходных напряжений.

Место не распаянных конденсаторов фильтра выходных напряжений.

Катушки индуктивности, выполняющие фильтрацию выходных напряжений. Более крупная катушка играет роль не только фильтра, но и еще работает в качестве ферромагнитного стабилизатора. Это позволяет немного снизить перекосы напряжений при неравномерной нагрузке различных выходных напряжений.

Микросхема ШИМ-стабилизатора WT7520.

Радиатор на котором установлены диоды Шоттки для напряжений +3.3В и +5В, а для напряжения +12В обычные диоды. Необходимо отметить, что часто особенно в старых блоках питания, на этом же радиаторе размещаются дополнительно элементы. Это элементы стабилизации напряжений +5В и +3,3В. В современных блоках питания размещаются на этом радиаторе только диоды Шоттки для всех основных напряжений или полевые транзисторы, которые используются в качестве выпрямительного элемента.

Основной трансформатор, который осуществляет формирование всех напряжений, а также гальваническую развязку с сетью.

Трансформатор, формирующий управляющие напряжения для выходных транзисторов преобразователя.

Трансформатор преобразователя, формирующий дежурное напряжение +5В.

Радиатор, на котором размещены выходные транзисторы преобразователя, а также транзистор преобразователя формирующего дежурное напряжение.

Конденсаторы фильтра сетевого напряжения. Их не обязательно должно быть два. Для формирования двухполярного напряжения и образования средней точки устанавливают два конденсатора равной емкости. Они делят выпрямленное сетевое напряжение пополам, тем самым формируя два напряжения разной полярности, соединенных в общей точке. В схемах с однополярным питанием конденсатор один.

Элементы фильтра сети от гармоник (помех), генерирующихся блоком питания.

Диоды диодного моста, осуществляющие выпрямление переменного напряжения сети.

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

Конденсаторы фильтра выходных напряжений.

Радиатор, охлаждающий диоды, выпрямляющие выходное напряжение.

ШИМ-контролер АТ2005 (аналог WT7520), осуществляющий стабилизацию напряжений.

Основной трансформатор преобразователя.

Трансформатор, формирующий управляющее напряжение для выходных транзисторов.

Трансформатор преобразователя дежурного напряжения.

Радиатор, охлаждающий выходные транзисторы преобразователей.

Фильтр сетевого напряжения от помех блока питания.

Диоды диодного моста.

Конденсаторы фильтра сетевого напряжения.

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

Блоки питания формата АТХ с коррекцией коэффициента мощности

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

Перечислим эти недостатки:

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

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

S=P + jQ

Формула полной мощности

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

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

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

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

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

Конденсаторы фильтра выпрямленного сетевого напряжения.

Дроссель, осуществляющий коррекцию коэффициента мощности.

Трансформатор главного преобразователя.

Трансформатор, управляющий ключами.

Трансформатор вспомогательного преобразователя (дежурного напряжения).

Фильтры сетевого напряжения от пульсаций блока питания.

Радиатор, на котором установлены выходные транзисторные ключи.

Радиатор, на котором установлены диоды, выпрямляющие переменное напряжение главного трансформатора.

Плата управления скоростью вращения вентилятора.

Плата, на которой установлен ШИМ-контроллер FSP3528 (аналог KA3511).

Дроссель групповой стабилизации и элементы фильтра пульсаций выходного напряжения.

Конденсаторы фильтра пульсаций выходного напряжения.

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

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

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

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

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

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

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

Рассмотрим конструкцию блока питания, в которой есть активный ККМ:

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

Конструктивные особенности и типы разъемов

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

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

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

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

Можно заметить, что каждое напряжение имеет свой цвет провода:

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

Для остальных напряжений цвета проводов у каждого производителя могут варьироваться.

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

Электрические параметры и характеристики блоков питания

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

Мощность блока питания

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

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

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

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

Стандарты и сертификаты

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

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

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

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