Головна » Цікаво » Блок живлення LEC 982 rev 1.3. p align="justify"> Принципові електричні схеми комп'ютерного обладнання. Найпростіший імпульсний БП

Блок живлення LEC 982 rev 1.3. p align="justify"> Принципові електричні схеми комп'ютерного обладнання. Найпростіший імпульсний БП

Якщо блок живлення комп'ютера вийшов з ладу, не поспішайте засмучуватися, як показує практика, в більшості випадків ремонт може бути виконаний самотужки. Перш ніж перейти безпосередньо до методики, розглянемо структурну схему БП та наведемо перелік можливих несправностей, це спростить завдання.

Структурна схема

На малюнку показано зображення структурної схеми, типової для імпульсних БП системних блоків.

Зазначені позначення:

А – блок мережного фільтра;
В – випрямляч низькочастотного типу з фільтром, що згладжує;
С – каскад допоміжного перетворювача;
D – випрямляч;
E – блок керування;
F - ШІМ-контролер;
G – каскад основного перетворювача;
H – випрямляч високочастотного типу, з фільтром, що згладжує;
J – система охолодження БП (вентилятор);
L – блок контролю вихідних напруг;
К – захист від навантаження.
+5_SB - черговий режим харчування;
PG. - Інформаційний сигнал, іноді позначається як PWR_OK (необхідний для старту материнської плати);
PS_On - сигнал керуючий запуском БП.

Розпинка основного конектора БП

Для проведення ремонту нам знадобиться знати розпинування головного штекера БП (main power connector), вона показана нижче.

Для запуску блока живлення необхідно провід зеленого кольору (PS_ON#) з'єднати з будь-яким нульовим чорним кольором. Зробити це можна за допомогою звичайної перемички. Зауважимо, що у деяких пристроїв колірне маркування може відрізнятися від стандартного, як правило, цим грішать невідомі виробники з піднебесного.

Навантаження на БП

Потрібно попередити, що без навантаження значно скорочує їх термін служби і навіть може спричинити поломку. Тому ми рекомендуємо зібрати простий блок навантажень, його схема показана малюнку.

Схему бажано збирати на резисторах марки ПЕВ-10, їх номінали: R1 – 10 Ом, R2 та R3 – 3,3 Ом, R4 та R5 – 1,2 Ом. Охолодження для опорів можна виконати з алюмінієвого швелера.

Підключати як навантаження при діагностиці материнську плату або, як радять деякі «умільці», HDD і CD привід небажано, оскільки несправний БП може вивести їх з ладу.

Перелік можливих несправностей

Перерахуємо найпоширеніші несправності, характерні для імпульсних БП системних блоків:

перегорає мережевий запобіжник;
+5_SB (чергова напруга) відсутня, а також більше або менше допустимого;
напруги на виході блоку живлення (+12, +5, 3,3 В) не відповідають нормі або відсутні;
немає сигналу PG. (PW_OK);
БП не включається дистанційно;
не обертається вентилятор охолодження.

Методика перевірки (інструкція)

Після того, як блок живлення знятий із системного блоку і розібраний, в першу чергу, необхідно провести огляд на предмет виявлення пошкоджених елементів (потемніння, колір, що змінився, порушення цілісності). Зауважимо, що в більшості випадків заміна деталі, що згоріла, не вирішить проблему, буде потрібно перевірка обв'язки.

Якщо таких не виявлено, переходимо до наступного алгоритму дій:

перевіряємо запобіжник. Не варто довіряти візуальному огляду, а краще використовувати мультиметр у режимі продзвонювання. Причиною, з якої вигорів запобіжник, може бути пробою діодного моста, ключового транзистора або несправність блоку, що відповідає за черговий режим;

перевірка дискового термістора. Його опір не повинен перевищувати 10Ом, якщо він несправний, ставити замість нього перемичку вкрай не радимо. Імпульсний струм, що виникає у процесі заряду конденсаторів, встановлених на вході, може стати причиною пробою діодного моста;

тестуємо діоди або діодний міст на вихідному випрямлячі, в них не повинно бути обриву та КЗ. При виявленні несправності слід перевірити встановлені на вході конденсатори і ключові транзистори. Змінна напруга, що надійшла на них в результаті пробою мосту, з великою ймовірністю, вивела ці радіодеталі з ладу;

перевірка вхідних конденсаторів електролітичного типу починається з огляду. Геометрія корпусу цих деталей не повинна бути порушена. Після цього вимірюється ємність. Нормальним вважається, якщо вона не менша за заявлену, а розбіжність між двома конденсаторами в межах 5%. Також перевірці повинні бути піддані запаяні паралельно вхідним електролітам і опори, що вирівнюють;

тестування ключових (силових) транзисторів За допомогою мультиметра перевіряємо переходи база-емітер та база-колектор (методика така сама, як при ).

Якщо знайдено несправний транзистор, то перш ніж впаювати новий, необхідно протестувати всю його обв'язку, що складається з діодів, низькоомних опорів та електролітичних конденсаторів. Останні рекомендуємо міняти на нові, у яких велика ємність. Хороший результат дає шунтування електролітів за допомогою керамічних конденсаторів 01 мкФ;

Перевірка вихідних діодних складання (діоди шоттки) за допомогою мультиметра, як показує практика, найбільш характерна для них несправність - КЗ;

перевірка вихідних конденсаторів електролітичного типу Як правило, їхня несправність може бути виявлена шляхом візуального огляду. Вона проявляється як зміни геометрії корпусу радіодеталі, і навіть слідів від протікання електроліту.

Не рідкісні випадки, коли зовні нормальний конденсатор під час перевірки виявляється непридатним. Тому краще їх протестувати мультиметром, який має функцію вимірювання ємності, або використовувати для цього спеціальний прилад.

Відео: правильний ремонт блока живлення ATX.
https://www.youtube.com/watch?v=AAMU8R36qyE

Зауважимо, що неробочі вихідні конденсатори – найпоширеніша несправність у комп'ютерних блоках живлення. У 80% випадків після їх заміни працездатність БП відновлюється;

проводиться вимірювання опору між виходами і нулем, для +5, +12, -5 і -12 вольт цей показник повинен бути в межах від 100 до 250 Ом, а для +3,3 В в діапазоні 5-15 Ом.

Доопрацювання БП

На закінчення дамо кілька порад щодо доопрацювання БП, що дозволить зробити його роботу більш стабільною:

у багатьох недорогих блоках виробники встановлюють випрямні діоди на два ампери, їх слід замінити потужнішими (4-8 ампер);
діоди шоттки на каналах +5 і +3,3 вольт також можна поставити потужніше, але при цьому у них має бути допустима напруга, така ж або більша;
вихідні електролітичні конденсатори бажано поміняти на нові з ємністю 2200-3300 мкФ та номінальною напругою не менше 25 вольт;
буває, що на канал +12 вольт замість діодного складання встановлюються спаяні між собою діоди, їх бажано замінити на діод шоттки MBR20100 або аналогічний;
якщо в обв'язці ключових транзисторів встановлені ємності 1 мкФ, замініть їх на 4,7-10 мкФ, розраховані під напругу 50 вольт.

Таке незначне доопрацювання дозволить суттєво продовжити термін служби комп'ютерного блоку живлення.

Досить часто при ремонті або переробці комп'ютерного блоку живлення ATX в зарядний пристрій або лабораторне джерело потрібна схема цього блоку. Враховуючи, що моделей таких джерел безліч, ми вирішили зібрати в одному місці колекцію цієї тематики.

У ній ви знайдете типові схеми блоків живлення для комп'ютерів, як сучасних типів АТХ, так і вже помітно застарілих АТ. Зрозуміло, що кожен день з'являються все новіші й актуальніші варіанти, тому постараємося оперативно поповнювати збірку схем новішими варіантами. До речі, Ви можете нам у цьому допомогти.

Збірник принципових схем на БП АТХ та АТ

ATX 310T, ATX-300P4-PFC, ATX-P6; Octek X25D AP-3-1 250W; Sunny ATX-230;
BESTEC ATX-300-12ES на мікросхемах UC3842, 3510 та A6351; BESTEC ATX-400W(PFC) на мікросхемах ICE1PCS01, UC3842, 6848, 3510, LM358
Chieftecсхема комп'ютерного блоку живлення CFT-500A-12S, CFT-560A-12S, CFT-620A-12S (CM6800G, PS222S, SG6858 або SG6848); APS-1000C, TNY278PN, CM6800TX; Chieftec 850W CFT-850G-DF; 350W GPS-350EB-101A; 350W GPS-350FB-101A; 500W GPS-500AB-A; 550W GPS-550AB-A; 650W GPS-650AB-A та Chieftec 650W CFT-650A-12B; 1000W CFT-1000G-DF та Chieftec 1200W CFT-1200G-DF; CFT-600-14CS, CFT-650-14CS, CFT-700-14CS, CFT-750-14CS на LD7550B

Chip Goal 250W, (м.с CG8010DX)
Codegen QORI 200xa на 350W на мікросхемі SG6105
Colors-Itсхема комп'ютерного блоку 300W 300U-FNM (sg6105 та sg6848); 330W - 330UШИМ SG6105 чергування на TDA865; 330U IW-P300A2-0 R1.2 sg6105; 330UШИМ SG6105 та чергування M605; 340W - 340UШИМ SG6105; 350U-SCE- KA339, M605, 3842; 350-FCHШІМ 3842, LM339 та M605; 340U SG6105 та 5H0165R; 400U SG6105 та 5H0165R; 400PT, 400U SCH 3842, LM339 та M605; 500T SG6105 та 5H0165R; 600PT(ATX12V-13), WT7525, 3B0365
ComStars 400W KT-400EX-12A1 на схема UC3543A
CWT PUH400W
Delta Electronicsсхема комп'ютерного блоку живлення DPS-210EP, DPS-260-2A 260W на мікроскладання NE556, PQ05RF11, ML4824-1, LM358, LM339D, PQ30R21; DPS-470 AB A 500W, APFC та ШИМ DNA1005A або DNA1005;
DELUX ATX-350W P4 на AZ7500BP та LP7510 схема
FSP Epsilon 600W FX600-GLN схема чергування, зібрана на ІМС FSDM0265R; FSP145-60SPКА3511, чергування КА1Н0165R; FSP250-50PLA APFC на CM6800, польові транзистори STP12NM50, TOP243Y, контроль PS223; FSP ATX-350PNR DM311 та основний ШИМ FSP3528; FSP ATX-300PAFта ATX-350 на DA311; 350W FSP350-60THA-Pі 460W FX500-A FSP3529Z (аналог SG6105; ATX-400 400W, DM311; ATX-400PNF,; OPS550-80GLN APFC на польових транзисторах 20N60C3, чергування на DM311; OPS550-80GLNмодуль управління APFC+PWM на CM6800G; Epsilon 600W FX600-GLN(схема); ATX-300GTFна полевику 02N60
Green Techсхема комп'ютерного блоку живлення 300W модель MAV-300W-P4 на мікросхемі TL494CN та WT7510
Hiper HPU-4S425-PU 425W APFC, на мікросхемах CM6805, VIPer22A, LM393, PS229
iMAC G5 A1058, APFC на 4863G, чергування на TOP245YN, основний БП на 3845B
JNC 250W lc-b250 atx
Krauler ATX-450 450W (м.с TL3845, LD7660, WT7510)
LWT 2005 на мікросхемі LM339N
M-Tech 450W KOB-AP4450XA мікрозбирання SG6105Z
Maxpower PX-300W мікросхема SG6105D
Microlabсхема комп'ютерного блока живлення 420W, на WT7510, ШІМ TL3842 чергування - 5H0165R; M-ATX-420W на базі UC3842, супервізор 3510 та LM393
PowerLink 300W LPJ2-18 на мікроскладанні LPG-899
PowerMan IP-P550DJ2-0, 350W IP-P350AJ, 350W IP-P350AJ2-0 ver.2.2 на супервізорі W7510, 450W IP-S450T7-0, 450W IP-S450T7-0 rev:1.3 (384
Power Master 230W модель LP-8, 250W FA-5-2, 250W AP-3-1, PM30006-02 ATX 300W
Power Mini P4, модель PM-300W. Основне мікрозбирання SG6105
Обидва БП на 230 і 250 Вт, базуються на дуже популярній мікросхемі TL494. У відео інструкції з ремонту розказано про те, як виконати пошук несправності, про заходи безпеки при ремонті будь-яких імпульсних блоків живлення, до яких і відноситься в.т.ч і комп'ютерний.

SevenTeam ST-200HRK (ІМС: LM339, UTC51494, UC3843AN)
ShenShonсхема комп'ютерного блоку живлення 400W модель SZ-400L та 450W модель SZ450L, чергування на C3150, AT2005; 350w на AT2005, він же WT7520 або LPG899
Sparkman SM-400W на KA3842A, WT7510 схема
SPS: SPS-1804-2(M1) та SPS-1804E

Блок живлення персонального комп'ютера – використовується для електропостачання всіх компонентів та комплектуючих системного блоку. Стандартний АТХ блок живлення повинен забезпечувати такі напруги: +5, -5; +12, -12; +3,3; Практично будь-який стандартний блок живлення має потужний вентилятор, що знаходиться з низу. На задній панелі є гніздо для підключення мережевого кабелю і кнопка вимкнення блоку живлення, але на дешевих китайських модифікаціях вона може бути відсутня. З протилежного боку виходить величезна стос проводів з роз'ємами для підключення материнської плати та решти компонентів системного блоку. Встановлення блоку живлення в корпус зазвичай досить проста. Встановлення комп'ютерного блока живлення в корпус системного блоку Для цього засовуєте його у верхню частину системного блоку, а потім фіксуєте трьома або чотирма гвинтами до тилової панелі системного блоку. Є конструкції корпусу системника, при яких блок живлення розміщується в нижній частині. Загалом якщо що, сподіваюся зорієнтуєтеся

Випадки поломок комп'ютерних блоків живлення зовсім не рідкість. Причинами виникнення несправностей можуть бути: Викиди напруги в мережі змінного струму; Низька якість виготовлення, особливо це стосується дешевих китайських блоків живлення; невдалі схемотехнічні рішення; використання низькоякісних компонентів при виготовленні; Перегрів радіокомпонентів через забруднення блока живлення або зупинку вентилятора.

Найчастіше при поломці комп'ютерного блоку живлення, у системнику відсутні ознаки життя, не світиться світлодіодна індикація, немає звукових сигналів, не крутяться вентилятори. В інших випадках несправність не запускається материнською платою. При цьому крутяться вентилятори, світиться індикація, подають ознаки життя приводи та жорсткий диск, але на моніторі нічого немає, тільки темний екран.

Проблеми та дефекти можуть бути абсолютно різні - від повної непрацездатності до постійних чи тимчасових збоїв. Як тільки ви приступите до ремонту, переконайтеся, що всі контакти та радіо компоненти візуально в порядку, силові шнури не пошкоджені, запобіжник і вимикач справний, коротких замикань на землю немає. Звичайно, блоки живлення сучасної апаратури хоч і мають загальні принципи роботи, але схемотехнічно відрізняються досить сильно. Намагайтеся знайти схему на комп'ютерне джерело, це прискорить ремонт.

Серцем будь-якої схеми комп'ютерного БП, формату ATX, є напівмостовий перетворювач. Його робота та принцип дії ґрунтується на застосуванні двотактного режиму. Стабілізація вихідних параметрів пристрою здійснюється за допомогою сигналів керування.

В імпульсних джерелах часто використовується відома мікросхема ШІМ-контролера TL494, яка має ряд позитивних характеристик:

зручність застосування в електронних конструкціях
непогані робочі технічні параметри, такі як низький пусковий струм і головна швидкодія
наявність універсальних внутрішніх захисних компонентів

Принцип роботи типового комп'ютерного БП можна побачити у структурній схемі:

Перетворювач напруги виконує перетворення цієї величини зі змінної на постійну. Він виконаний у вигляді діодного мосту, що перетворює напругу, та ємності, що згладжує коливання. Крім цих компонентів можуть бути ще додаткові елементи: термістори і фільтр. Генератор імпульсів генерує імпульси із заданою частотою, які запитують обмотку трансформатора. ВІН виконує основну роботу в комп'ютерному БП, це перетворення струму до необхідних значень та гальванічна розв'язка схеми. Далі змінна напруга, з обмоток трансформатора, слід ще один перетворювач, що складається з напівпровідникових діодів, що вирівнюють напругу, і фільтра. Останній відсікає пульсації і складається з групи дроселя та конденсаторів.

Оскільки багато параметрів такого БП на виході «плавають» через нестабільну напругу та температуру. Але якщо здійснювати оперативне керування цими параметрами, наприклад, за допомогою контролера з функцією стабілізатора, то показана вище структурна схема буде цілком придатною для використання в комп'ютерній техніці. Така спрощена схема БП із використанням контролера широтно-імпульсної модуляції показана на наступному малюнку.

ШИМ-контролер, наприклад UC3843, він у даному випадку і регулює амплітуду зміни сигналів наступних через фільтр низьких частот, дивись відео урок трохи нижче:

Блок живлення є найважливішою частиною будь-якого пристрою, тим більше коли йдеться про блок живлення для комп'ютера. Свого часу я займався їх ремонтом, тому зібралися деякі схеми, які можуть допомогти вам розібратися і за необхідності відремонтувати їх.

Для початку невеликий лікнеп по БП:

БП для комп'ютера побудований на основі двотактного перетворювача з безтрансформаторним входом. Можна з упевненістю сказати, що відсотків 95 всіх блоків живлення для комп'ютерів побудовано саме за цим принципом. Цикл отримання напруги на виході містить кілька кроків: вхідна напруга випрямляється, згладжується та подається на силові ключі двотактного перетворювача. Роботою цих ключів займається спеціалізована мікросхема, зазвичай звана ШІМ-контролером. Цей контролер займається генерацією імпульсів, що подаються на силові елементи, зазвичай силові біполярні транзистори, але останнім часом є інтерес і до потужних польових транзисторів, тому вони можуть зустрічатися в БП. Так як схема перетворення двотактна ми має два транзистори, які повинні перемикатися поперемінно один з одним, якщо вони вмикаються одночасно, то можна з упевненістю вважати, що БП готовий до ремонту - в цьому випадку згоряють силові елементи, іноді імпульсний трансформатор, може згоріти і ще щось у навантаження. Завдання контролера полягає в тому, щоб такої ситуації не відбулося в принципі, також він стежить за напругою, зазвичай це ланцюг живлення +5В, тобто. ця напруга використовується для ланцюга зворотного зв'язку і по ньому здійснюється стабілізація решти всіх напруг. До речі, у китайських БП додаткової стабілізації ланцюгів +12В, -12В, +3.3В не передбачено.
Регулювання напруги здійснюється за широтно-імпульсним методом: зазвичай змінюється коефіцієнт заповнення імпульсу, тобто. ширина балка. 1 до ширини всього імпульсу. Що більше лог.1, то вище напруга на виході. Все це можна знайти у спеціальній літературі з силової випрямлявої техніки.
Після ключів стоїть імпульсний трансформатор, який здійснює перенесення енергії з первинного ланцюга у вторинну та одночасно здійснює гальванічну розв'язку від силового ланцюга 220В. Далі з вторинних обмоток знімається змінна напруга, яка випрямляється, згладжується та подається на вихід для живлення материнської плати та всіх компонентів комп'ютера. Це загальний опис, який позбавлений недоліків. З питань силової електроніки варто звернутися до спеціалізованих підручників та ресурсів.

Нижче наводиться розкладка проводів для блоків живлення АТ та АТХ:

ATX


Висновок	Опис
1	+3.3В
2	+3.3В
3	Земля
4	+5В
5	Земля
6	+5В
7	Земля
8	Power Ok (+5В та +3.3В у нормі)
9	+5В Standby Voltage (max 10mA) живлення у черговому режимі
10	+12В
11	+3.3В
12	-12В
13	Земля
14	Power Supply On управляючий сигнал, що включає основні джерела +5В, +3.3В, +12В, -12В, -5В, активний рівень – низький.
15	Земля
16	Земля
17	Земля
18	-5В
19	+5В
20	+5В

Для запуску блоку живлення АТХ необхідно з'єднати провід Power Supply On із землею (чорним дротом). Нижче наведено схеми блоків живлення для комп'ютера:

Блоки живлення АТХ:

№	Файл	Опис
1		Представлено схему блоку живлення АТХ на базі мікросхеми TL494.
2		ATX POWER SUPPLY DTK PTP-2038 200W.
3

Невід'ємною частиною кожного комп'ютера є блок живлення (БП). Він важливий як і, як і інші частини комп'ютера. При цьому купівля блоку живлення здійснюється досить рідко, тому що хороший БП може забезпечити живленням кількох поколінь систем. Враховуючи все це до придбання блока живлення необхідно поставитися дуже серйозно, тому що доля комп'ютера прямо залежить від роботи блоку живлення.

Основне призначення блоку живлення -формування напруги живлення, що необхідне функціонування всіх блоків ПК. Основні напруги живлення компонентів це:

+12В
+3,3В

Існують також додаткова напруга:

−12В

Для здійснення гальванічної розв'язкидостатньо виготовити трансформатор із необхідними обмотками. Але для живлення комп'ютера потрібна чимала потужність, особливо для сучасних ПК. Для живлення комп'ютерадовелося б виготовляти трансформатор, який мав би не лише великий розмір, а й дуже багато важив. Однак зі зростанням частоти струму трансформатора для створення того ж магнітного потоку необхідно менше витків і менше переріз магнітопроводу. У блоках живлення, побудованих на основі перетворювача, частота напруги трансформатора в 1000 і більше разів вище. Це дозволяє створювати компактні та легкі блоки живлення.

Найпростіший імпульсний БП

Розглянемо блок-схему простого імпульсного блоку живленнящо лежить в основі всіх імпульсних блоків живлення.

Блок схема імпульсного блоку живлення.

Перший блок здійснює перетворення змінної напруги мережі на постійне. Такий перетворювачскладається з діодного моста, що випрямляє змінну напругу, та конденсатора, що згладжує пульсації випрямленої напруги. У цьому боці також знаходяться додаткові елементи: фільтри напруги від пульсацій генератора імпульсів і термістори для згладжування стрибка струму в момент включення. Однак ці елементи можуть бути відсутніми з метою економії на собівартості.

Наступний блок – генератор імпульсівякий генерує з певною частотою імпульси, що живлять первинну обмотку трансформатора. Частота генеруючих імпульсів різних блоків живлення різна й у межах 30 – 200 кГц. Трансформатор здійснює основні функції блоку живлення: гальванічну розв'язку з мережею та зниження напруги до необхідних значень.

Змінна напруга, що отримується від трансформатора, наступний блок перетворює на постійну напругу. Блок складається з діодів, що випрямляють напругу і фільтра пульсацій. У цьому блоці фільтр пульсацій набагато складніший, ніж у першому блоці і складається з групи конденсаторів та дроселя. З метою економії виробники можуть встановлювати конденсатори малої ємності, а також дроселі з малою індуктивністю.

Перший імпульсний блок живленнябув двотактний або однотактний перетворювач. Двотактний означає, що процес генерації складається із двох частин. У такому перетворювачі по черзі відкриваються і закриваються два транзистори. Відповідно в однотактному перетворювачі один транзистор відкривається та закривається. Схеми двотактного та однотактного перетворювачів представлені нижче.

Розглянемо елементи схеми докладніше:

Х2 - роз'єм джерело живлення схеми.

Х1 - роз'єм з якого знімається вихідна напруга.

R1 - опір, що задає початкове невелике зміщення на ключах. Воно необхідне більш стабільного запуску процесу коливань в перетворювачі.

R2 - опір, який обмежує струм бази на транзисторах, це необхідне захисту транзисторів від згоряння.

ТР1 - Трансформатор має три групи обмоток. Перша вихідна обмотка формує вихідну напругу. Друга обмотка є навантаженням для транзисторів. Третя формує напругу для транзисторів.

У початковий момент включення першої схеми транзистор трохи відкритий, тому що до бази через резистор R1 прикладена позитивна напруга. Через відкритий транзистор протікає струм, який також протікає і через II обмотку трансформатора. Струм, що протікає через обмотку, створює магнітне поле. Магнітне поле створює напругу в інших обмотках трансформатора. У результаті обмотці III створюється позитивне напруга, яке ще більше відкриває транзистор. Процес відбувається доти, доки транзистор не потрапить у режим насичення. Режим насичення характеризується тим, що зі збільшенням прикладеного керуючого струму до транзистора вихідний струм залишається постійним.

Так як напруга в обмотках генерується тільки у разі зміни магнітного поля, його зростання або падіння, відсутність зростання струму на виході транзистора, отже, призведе до зникнення ЕРС в обмотках II і III. Зникнення напруги в обмотці III призведе до зменшення ступеня відкриття транзистора. І вихідний струм транзистора зменшиться, отже, і магнітне поле зменшуватиметься. Зменшення магнітного поля призведе до створення напруження протилежної полярності. Негативна напруга в обмотці III почне ще більше закривати транзистор. Процес триватиме доти, доки магнітне поле повністю не зникне. Коли магнітне поле зникне, негативна напруга в обмотці ІІІ теж зникне. Процес знову почне повторюватись.

Двотактний перетворювач працює за таким же принципом, але відмінність у тому, що транзисторів два, і вони по черзі відкриваються та закриваються. Тобто коли один відкритий – інший закритий. Схема двотактного перетворювача має велику перевагу, так як використовує всю петлю гістерези магнітного провідника трансформатора. Використання лише однієї ділянки петлі гістерези або намагнічування тільки в одному напрямку призводить до виникнення багатьох небажаних ефектів, які знижують ККД перетворювача і погіршують його характеристики. Тому в основному скрізь застосовується двотактна схема перетворювача з фазозсувним трансформатором. У схемах, де потрібна простота, малі габарити, і мала потужність все ж таки використовується однотактна схема.

Блоки живлення форм-фактора АТХ без корекції коефіцієнта потужності

Перетворювачі, розглянуті вище, хоч і закінчені пристрої, але на практиці їх використовувати незручно. Частота перетворювача, вихідна напруга та багато інших параметрів «плавають», змінюються в залежності від зміни: напруги живлення, завантаженості виходу перетворювача та температури. Але якщо ключами управляти контролером, який міг здійснювати стабілізацію і різні додаткові функції, можна використовувати схему живлення пристроїв. Схема блоку живлення із застосуванням ШІМ-контролера досить проста, і, загалом, є генератором імпульсів, побудованим на ШІМ-контролері.

ШИМ - широтно-імпульсна модуляція. Вона дозволяє регулювати амплітуду сигналу минулого ФНЧ (фільтр низьких частот) із зміною тривалості чи шпаруватості імпульсу. Головні переваги ШІМ це високе значення ККД підсилювачів потужності та великі можливості застосування.

Дана схема блоку живлення має невелику потужність і як ключ використовує польовий транзистор, що дозволяє спростити схему і позбутися додаткових елементів, необхідних для управління транзисторних ключів. У блоках живлення великої потужності ШІМ-контролермає елементи керування («Драйвер») вихідним ключем. Як вихідні ключі в блоках живлення великої потужності використовуються IGBT-транзистори.

Мережева напруга в цій схемі перетворюється на постійну напругу і через ключ надходить на першу обмотку трансформатора. Друга обмотка служить для живлення мікросхеми та формування напруги зворотного зв'язку. ШИМ-котроллер генерує імпульси з частотою, яка задана RC-ланцюгом, підключеною до ніжки 4. Імпульси подаються на вхід ключа, який їх посилює. Тривалість імпульсів змінюється залежно від напруги ніжці 2.

Розглянемо реальну схему блоку живлення АТХ. Вона має набагато більше елементів і в ній є ще додаткові пристрої. Червоними квадратами схема блоку живлення умовно поділена на основні частини.

Схема блоку живлення АТХ потужністю 150-300 Вт

Для живлення мікросхеми контролера, а також формування чергової напруги +5, що використовується комп'ютером, коли він вимкнений, у схемі знаходиться ще один перетворювач. На схемі він позначений як блок 2. Як видно, він виконаний за схемою однотактного перетворювача. У другому блоці є додаткові елементи. В основному це ланцюжки поглинання сплесків напруги, які генеруються трансформатором перетворювача. Мікросхема 7805 – стабілізатор напруги формує чергову напругу +5В з випрямленої напруги перетворювача.

Найчастіше в блоці формування чергової напруги встановлені неякісні або дефектні компоненти, що знижує частоту перетворювача до звукового діапазону. Внаслідок чого з блоку живлення чути писк.

Оскільки блок живлення живиться від мережі змінного напруги 220В, А перетворювач потребує живлення постійною напругою, напругу необхідно перетворити. Перший блок здійснює випрямлення та фільтрацію змінної мережевої напруги. У цьому блоці також знаходиться фільтр від перешкод, що генеруються самим блоком живлення.

Третій блок це ШІМ-контролер TL494. Він здійснює всі основні функції блоку живлення. Захищає блок живлення від коротких замикань, стабілізує вихідну напругу та формує ШІМ-сигнал для управління транзисторними ключами, які навантажені на трансформатор.

Четвертий блок складається з двох трансформаторів та двох груп транзисторних ключів. Перший трансформатор формує напругу для вихідних транзисторів. Оскільки ШІМ-контролер TL494 генерує сигнал слабкої потужності, перша група транзисторів посилює цей сигнал і передає першому трансформатору. Друга група транзисторів, або вихідні, навантажені на основний трансформатор, який здійснює формування основних напруг живлення. Така складніша схема управління вихідними ключами застосована через складність управління біполярними транзисторами та захисту ШІМ-контролера від високої напруги.

П'ятий блок складається з діодів Шоттки, що випрямляють вихідну напругу трансформатора, та фільтра низьких частот (ФНЧ). ФНЧ складається з електролітичних конденсаторів значної ємності та дроселів. На виході ФНЧ стоять резистори, які навантажують його. Ці резистори необхідні для того, щоб після вимкнення ємності блока живлення не залишалися зарядженими. Також резистори стоять і на виході випрямляча напруги.

Решта елементів, що не обведені в блоці це ланцюжки, формують « сигнали справності». Цими ланцюжками здійснюється робота захисту блока живлення від короткого замикання або контроль справності вихідної напруги.

Тепер подивимося, як на друкованій платі блоку живлення потужністю 200 Втрозташовані елементи. На малюнку показано:

Конденсатори, що виконують фільтрацію вихідної напруги.

Місце не розпаяних конденсаторів фільтра вихідної напруги.

Котушки індуктивності, що виконують фільтрацію вихідної напруги. Більша котушка відіграє роль не тільки фільтра, але й ще працює як феромагнітний стабілізатор. Це дозволяє трохи знизити перекоси напруги при нерівномірному навантаженні різних вихідних напруг.

Мікросхема ШІМ-стабілізатора WT7520.

Радіатор на якому встановлені діоди Шоттки для напруги +3.3В і +5В, а для напруги +12В звичайні діоди. Часто особливо в старих блоках живлення, на цьому ж радіаторі розміщуються додатково елементи. Це елементи стабілізації напруг +5В та +3,3В. У сучасних блоках живлення розміщуються на цьому радіаторі тільки діоди Шоттки для всіх основних напруг або польові транзистори, які використовуються як випрямляючий елемент.

Основний трансформатор, який здійснює формування всіх напруг, а також гальванічну розв'язку з мережею.

Трансформатор, який формує керуючі напруги для вихідних транзисторів перетворювача.

Трансформатор перетворювача, що формує чергову напругу +5В.

Радіатор, на якому розміщені вихідні транзистори перетворювача, а також транзистор перетворювача формує чергову напругу.

Конденсатори фільтру напруги. Їх не обов'язково має бути два. Для формування двополярної напруги та утворення середньої точки встановлюють два конденсатори рівної ємності. Вони ділять випрямлену мережну напругу навпіл, тим самим формуючи дві напруги різної полярності, з'єднаних у загальній точці. У схемах із однополярним живленням конденсатор один.

Елементи фільтра мережі від гармонік (перешкод), що генеруються блоком живлення.

Діоди діодного моста, що здійснюють випрямлення змінної напруги мережі.

Блок живлення 350 Втвлаштований еквівалентно. Відразу впадає у вічі великих розмірів плата, збільшені радіатори і більшого розміру трансформатор перетворювача.

Конденсатори фільтра вихідної напруги.

Радіатор, що охолоджує діоди, що випрямляють вихідну напругу.

ШИМ-контролер АТ2005 (аналог WT7520), що здійснює стабілізацію напруги.

Основний трансформатор перетворювача.

Трансформатор, що формує напругу для вихідних транзисторів.

Трансформатор перетворювача чергової напруги.

Радіатор, що охолоджує вихідні транзистори перетворювачів.

Фільтр напруги від перешкод блоку живлення.

Діоди діодного мосту.

Конденсатори фільтру напруги.

Розглянута схема довго застосовувалась у блоках живлення і зараз іноді зустрічається.

Блоки живлення формату АТХ з корекцією коефіцієнта потужності

У розглянутих схемах навантаженням мережі служить конденсатор, що підключається до мережі через діодний міст. Заряд конденсатора відбувається тільки в тому випадку якщо на ньому напруга менша за мережну. В результаті струм має імпульсний характер, що має безліч недоліків.

Перерахуємо ці недоліки:

струми вносять у мережу вищі гармоніки (перешкоди);
велика амплітуда струму споживання;
значна реактивна складова струму споживання;
мережна напруга не використовується протягом усього періоду;
ККД таких схем має невелике значення.

Нові блоки живленнямають удосконалену сучасну схему, у ній з'явився ще один додатковий блок – коректор коефіцієнта потужності (ККМ). Він здійснює підвищення коефіцієнта потужності. Або більш простою мовою прибирає деякі недоліки мостового випрямляча напруги.

S = P + jQ

Формула повної потужності

Коефіцієнт потужності (КМ) характеризує, скільки у повній потужності активної складової та скільки реактивної. У принципі, можна сказати, а навіщо враховувати реактивну потужність, вона ж уявна і не користь.

Припустимо, у нас є прилад, блок живлення, з коефіцієнтом потужності 0,7 і потужністю 300 Вт. Видно з розрахунків, що наш блок живлення має повну потужність (суму реактивної та активної потужності) більше, ніж зазначена на ньому. І цю потужність має дати мережу живлення 220В. Хоча ця потужність не несе користі (навіть лічильник електрики її не фіксує) вона все ж таки існує.

Тобто внутрішні елементи та мережні дроти мають бути розраховані на потужність 430 Вт, а не 300 Вт. А уявіть собі випадок, коли коефіцієнт потужності дорівнює 0,1... Через це ГОРСЕТЬЮ забороняється використовувати прилади з коефіцієнтом потужності менше 0,6, а у разі виявлення таких на власника накладається штраф.

Відповідно, кампаніями були розроблені нові схеми блоків живлення, які мали ККМ. Спочатку як ККМ використовувався включений на вході дросель великої індуктивності, такий блок живлення називають блок живлення з PFC або пасивним ККМ. Подібний блок живлення має підвищений КМ. Для досягнення потрібного КМ необхідно оснащувати блоки живлення великим дроселем, так як вхідний опір блоку живлення носить ємнісний характер через встановлені конденсатори на виході випрямляча. Установка дроселя значно збільшує масу блоку живлення, і підвищує КМ до 0,85, що не так багато.

На малюнку представлений блок живлення компанії FSP потужністю 400 Втз пасивною корекцією коефіцієнта потужності. Він містить такі елементи:

Конденсатори фільтра випрямленої напруги.

Дросель, що здійснює корекцію коефіцієнта потужності.

Трансформатор головного перетворювача.

Трансформатор, що управляє ключами.

Трансформатор допоміжного перетворювача (чергової напруги).

Фільтри напруги від пульсацій блоку живлення.

Радіатор, на якому встановлені вихідні транзисторні ключі.

Радіатор, на якому встановлені діоди, що випрямляють змінну напругу головного трансформатора.

Плата керування швидкістю обертання вентилятора.

Плата, на якій встановлений ШІМ-контролер FSP3528 (аналог KA3511).

Дросель групової стабілізації та елементи фільтру пульсацій вихідної напруги.

Конденсатори фільтру пульсацій вихідної напруги.

Внаслідок не високої ефективності пасивної ККМ у блок живлення було введено нову схему ККМ, яка побудована на основі ШІМ-стабілізатора, навантаженого на дросель. Ця схема приносить безліч плюсів блоку живлення:

розширений діапазон робочих напруг;
з'явилася можливість значно зменшити ємність конденсатора мережевого фільтра напруги;
значно підвищений КМ;
зменшення маси блоку живлення;
збільшення ККД блоку живлення.

Є й недоліки цієї схеми – це зниження надійності БПта некоректна робота з деякими джерелами безперебійного харчуванняя при перемиканні режимів роботи батарея/мережа. Некоректна робота цієї схеми з ДБЖ викликана тим, що в схемі суттєво знизилася ємність фільтра напруги. У момент, коли короткочасно пропадає напруга, сильно зростає струм ККМ, необхідний підтримки напруги на виході ККМ, у результаті спрацьовує захист від КЗ (короткого замикання) в ДБЖ.

Якщо подивитися на схему, то вона є генератором імпульсів, який навантажений на дросель. Мережева напруга випрямляється діодним мостом і подається на ключ, навантажений дроселем L1 і трансформатором Т1. Трансформатор введений зворотний зв'язок контролера з ключем. Напруга з дроселя знімається за допомогою діодів D1 та D2. Причому напруга знімається по черзі за допомогою діодів, то з діодного моста, то з дроселя, і заряджає конденсатори Cs1 та Cs2. Ключ Q1 відкривається і в дроселі L1 накопичується енергія необхідної величини. Розмір накопиченої енергії регулюється тривалістю відкритого стану ключа. Чим більше накопичено енергії, тим більша напруга віддасть дросель. Після вимкнення ключа відбувається віддача накопиченої енергії дроселем L1 через діод D1 конденсаторів.

Така робота дозволяє використовувати повністю всю синусоїду змінної напруги мережі на відміну від схем без ККМ, а також стабілізувати напругу, що живить перетворювач.

У сучасних схемах блоків живлення часто застосовують двоканальні ШІМ-контролери. Одна мікросхема здійснює роботу як перетворювача, так і ККМ. В результаті суттєво знижується кількість елементів у схемі блоку живлення.

Розглянемо схему простого блоку живлення на 12В із використанням двоканального ШІМ-контролера ML4819. Одна частина блоку живлення здійснює формування постійного стабілізованої напруги+380В. Інша частина є перетворювач, що формує постійну стабілізовану напругу +12В. ККМ складається, як і вище розглянутому випадку, з ключа Q1, навантаженого на нього дроселя L1 трансформатора Т1 зворотного зв'язку. Діоди D5, D6 заряджають конденсатори С2, ° C3, ° C4. Перетворювач складається з двох ключів Q2 та Q3, навантажених на трансформатор Т3. Імпульсна напруга випрямляється діодною складання D13 і фільтрується дроселем L2 і конденсаторами С16, ° C18. За допомогою патрона U2 формується напруга регулювання вихідної напруги.

Розглянемо конструкцію блоку живлення, в якій є активний ККМ:

Плата управління струмовим захистом;
Дросель, що виконує роль фільтра напруг +12В і +5В, так і функцію групової стабілізації;
Дросель фільтра напруги +3,3В;
Радіатор, на якому розміщені випрямні діоди вихідної напруги;
трансформатор головного перетворювача;
Трансформатор, керуючий ключами головного перетворювача;
Трансформатор допоміжного перетворювача (що формує чергову напругу);
Плата контролера корекції коефіцієнта потужності;
Радіатор, що охолоджує діодний міст та ключі головного перетворювача;
Фільтри напруги від перешкод;
Дросель коректора коефіцієнта потужності;
Конденсатор фільтра напруги.

Конструктивні особливості та типи роз'ємів

Розглянемо види роз'ємів, які можуть бути присутніми на блоці живлення. На задній стінці блока живленнярозміщується роз'єм для підключення мережевого кабелюта вимикач. Раніше поряд з роз'ємом мережевого шнура розміщувався також роз'єм для підключення кабелю монітора. Опціонально можуть бути й інші елементи:

індикатори напруги мережі, або стану роботи блоку живлення
кнопки керування режимом роботи вентилятора
кнопка перемикання вхідної напруги 110 / 220В
USB-порти вбудовані в блок живлення USB hub
інше.

На задній стінці все рідше розміщують вентилятори, що витягують із блока живлення повітря. Усі чаші вентилятор розміщують у верхній частині блоку живлення через більший простір для установки вентилятора, що дозволяє встановити великий та тихий активний елемент охолодження. На деяких блоках живлення встановлюють навіть два вентилятори і зверху, і ззаду.

З передньої стінки виходить провід з роз'ємом підключення живлення материнської плати. У деяких блоках живлення, модульних, він, як і інші дроти, підключається через роз'єм. Нижче на малюнку вказано.

Можна помітити, що кожна напруга має свій колір дроту:

Жовтий колір - +12 В
Червоний колір - +5 В
Помаранчевий колір - +3,3В
Чорний колір - загальний або земля

Для інших напруг кольору проводів у кожного виробника можуть змінюватись.

На малюнку не відображені роз'єми додаткового живлення відеокарт, оскільки вони подібні до роз'єму додаткового живлення процесора. Також існують інші види роз'ємів, які зустрічаються в комп'ютерах фірмового збирання компаній DelL, Apple та інших.

Електричні параметри та характеристики блоків живлення

Блок живлення має безліч електричних параметрів, більшість з яких не в паспорті. На бічній наклейці блоку живлення відзначається зазвичай лише кілька основних параметрів – робоча напруга та потужність.

Потужність блоку живлення

Потужність часто позначають на етикетці великим шрифтом. Потужність блоку живлення, характеризує, скільки він може віддати електричної енергії приладам, що підключаються до нього (материнська плата, відеокарта, жорсткий диск та ін).

За ідеєю, достатньо підсумувати споживання компонентів, що використовуються, і вибрати блок живлення трохи більшої потужності для запасу. Для підрахунку потужностіцілком годяться рекомендації зазначені у паспорті відеокартиякщо такий є, тепловий пакет процесора і т.д.

Але насправді все набагато складніше, тому що блок живлення видає різні напруги – 12В, 5В, −12В, 3,3В та ін. Кожна лінія напруги розрахована на свою потужність. Логічно було подумати, що ця потужність фіксована, а їхня сума дорівнює потужності блоку живлення. Але в блоці живлення стоїть один трансформатор для генерації всіх цих напруг, що використовуються комп'ютером (крім чергової напруги +5В). Правда, рідко, але все ж таки можна знайти блок живлення з двома роздільними трансформаторами, але такі джерела живлення дорогі і найчастіше використовуються в серверах. Звичайні ж БП ATX мають один трансформатор. Через це потужність кожної лінії напруги може плавати: збільшується, якщо інші лінії слабо навантажені, і зменшуватися, якщо інші лінії сильно навантажені. Тому часто на блоках живлення пишуть максимальну потужність кожної лінії, і в результаті, якщо їх підсумувати, вийде потужність більше, ніж дійсна потужність блоку живлення. Таким чином, виробник може заплутати споживача, наприклад, заявляючи надто велику номінальну потужність, яку БП забезпечити не здатний.

Зазначимо, що якщо в комп'ютері встановлено блок живлення недостатньої потужності, то це викличе не коректну роботу пристроїв ( «зависання», перезавантаження, клацання головок жорсткого диска), аж до неможливості увімкнення комп'ютера. А якщо в ПК встановлена материнська плата, яка не розрахована на потужність компонентів, які на ній встановлені, то найчастіше материнська плата функціонує нормально, але згодом роз'єми підключення живлення вигоряють внаслідок постійного їх нагріву та окислення.

Стандарти та сертифікати

Купуючи БП, в першу чергу необхідно подивитися на наявність сертифікатів та на відповідність його сучасним міжнародним стандартам. На блоках живлення найчастіше можна зустріти вказівку наступних стандартів:

RoHS, WEEE – не містить шкідливих речовин

UL, cUL – сертифікат на відповідність своїм технічним характеристикам, а також вимогам безпеки для вбудованих електроприладів

CE - сертифікат, який показує, що блок живлення відповідає найсуворішим вимогам директив європейського комітету.

ISO – міжнародний сертифікат якості

CB - міжнародний сертифікат відповідності своїм технічним характеристикам

FCC – відповідність нормам електромагнітних наведень (EMI) та радіонаведень (RFI), що генеруються блоком живлення

TUV - сертифікат відповідності вимогам міжнародного стандарту ЄП ІСО 9001:2000

ССС – сертифікат Китаю відповідності безпеки, електромагнітним параметрам та захисту навколишнього середовища

Також є комп'ютерні стандарти форм-фактора АТХ, в якому визначені розміри, конструкція та багато інших параметрів блоку живлення, включаючи припустимі відхилення напруги при навантаженні. Сьогодні існує кілька версій стандарту АТХ:

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

Відмінність версій стандартів АТХ здебільшого стосується введення нових роз'ємів та нових вимог до ліній живлення блоку живлення.

Конт	Обозн	Колір	Опис
1	3.3V	Помаранчевий	+3.3 VDC
2	3.3V	Помаранчевий	+3.3 VDC
3	COM	Чорний	Земля
4	5V	червоний	+5 VDC
5	COM	Чорний	Земля
6	5V	червоний	+5 VDC
7	COM	Чорний	Земля
8	PWR_OK	Сірий	Power Ok - Вся напруга в межах норми. Цей сигнал формується при включенні БП та використовується для скидання системної плати.
9	5VSB	Фіолетовий	+5 VDC Чергова напруга
10	12V	Жовтий	+12 VDC
11	12V	Жовтий	+12 VDC
12	3.3V	Помаранчевий	+3.3 VDC
13	3.3V	Помаранчевий	+3.3 VDC
14	-12V	Синій	-12 VDC
15	COM	Чорний	Земля
16	/PS_ON	Зелений	Power Supply On. Щоб увімкнути блок живлення, слід закоротити цей контакт на землю (з проводом чорного кольору).
17	COM	Чорний	Земля
18	COM	Чорний	Земля
19	COM	Чорний	Земля
20	-5V	Білий	-5 VDC (ця напруга використовується дуже рідко, в основному для живлення старих плат розширення.)
21	+5V	червоний	+5 VDC
22	+5V	червоний	+5 VDC
23	+5V	червоний	+5 VDC
24	COM	Чорний	Земля