Главная » На выпускной » Как работает блок питания. Устройство компьютерных блоков питания и методика их тестирования

Как работает блок питания. Устройство компьютерных блоков питания и методика их тестирования

Добрый день, друзья!

А вы хотели бы узнать, как устроен блок питания компьютера? Сейчас мы попытаемся разобраться в этом вопросе.

Для начала отметим, что , как и любому электронному устройству, необходим источник электрической энергии . Вспомним, что бывают

Первичные и вторичные источники электропитания

Первичные - это, в частности, химические источники тока (элементы питания и аккумуляторы) и генераторы электрической энергии, находящиеся на электростанциях.

В компьютерах могут применяться:

литиевые элементы напряжением 3 В для питания КМОП микросхемы, в которой хранятся установки BIOS,
литий-ионные аккумуляторы (в ноутбуках).

Литиевые элементы 2032 питают микросхему структуру CMOS, хранящую настройки Setup компьютера.

Потребление тока при этом невелико (порядка единиц микроампер), поэтому энергии батареи хватает на несколько лет .

После исчерпания энергии такие источник энергии восстановлению не подлежат.

В отличие от элементов литий-ионные аккумуляторы являются возобновляемыми источниками. Они периодически то запасают энергию, то отдают ее. Сразу отметим, что любые аккумуляторы имеют ограниченное количество циклов заряд-разряд.

Но большая часть стационарных компьютеров питается не от аккумуляторов, а от сети переменного напряжения.

В настоящее время в каждом доме имеются розетки с переменным напряжением 220 В (в некоторых странах 110 — 115 В) частотой 50 Герц (в некоторых странах – 60 Герц), которые можно считать первичными источниками .

Но основные компоненты компьютера не могут непосредственно использовать такое напряжение.

Его необходимо преобразовать. Выполняет эту работу источник вторичного электропитания (народное название — «блок питания ») компьютера. В настоящее время почти все блоки питания (БП) - импульсные. Рассмотрим более подробно, как устроен импульсный блок питания.

Входной фильтр, высоковольтный выпрямитель и емкостный фильтр

На входе импульсного БП имеется входной фильтр. Он не пропускает помехи, которые всегда есть в электрической сети, в блок питания.

Помехи могут возникать при коммутации мощных потребителей энергии, сварке и т.п.

В то же время он задерживает помехи и самого блока, не пропуская их в сеть.

Если быть более точным, помехи в БП и из него проходят, но достаточно сильно ослабляются .

Входной фильтр представляет собой фильтр нижних частот (ФНЧ).

Он пропускает низкие частоты (в том числе сетевое напряжение, частота которого равна 50 Гц) и ослабляет высокие.

Отфильтрованное напряжение поступает на высоковольтный выпрямитель (ВВ). Как правило, ВВ выполнен по мостовой схеме из четырех полупроводниковых диодов.

Диоды могут быть как отдельными, так и смонтированными в одном корпусе. Существует и другое название такого выпрямителя — «диодный мост ».

Выпрямитель превращает переменное напряжение в пульсирующее, т. е. одной полярности.

Грубо говоря, диодный мост «заворачивает» отрицательную полуволну, превращая ее в положительную.

Пульсирующее напряжение представляет собой ряд полуволн положительной полярности. На выходе ВВ стоит емкостной фильтр - один или два последовательно включенных электролитических конденсатора.

Конденсатор - это буферный элемент, который может заряжаться, запасая энергию и разряжаться, отдавая ее.

Когда напряжение на выходе выпрямителя ниже некоей величины («провал»), конденсатор разряжается, поддерживая его на нагрузке. Если же оно выше, конденсатор заряжается, обрезая пики напряжения.

В курсе высшей математике доказывается, что пульсирующее напряжение представляет собой сумму постоянной составляющей и гармоник , частоты которых кратны основной частоте сети.

Таким образом, емкостный фильтр можно рассматривать здесь как фильтр нижних частот, выделяющий постоянную составляющую и ослабляющий гармоники. В том числе и основную гармонику сети — 50 Гц.

Источник дежурного напряжения

В компьютерном блоке питания имеется так называемый источник дежурного напряжения (+5 VSB).

Если вилка кабеля вставлена в питающую сеть, это напряжение присутствует на соответствующем контакте разъема блока питания. Мощность этого источника небольшая, он способен отдавать ток 1 — 2 А.

Именно этот маломощный источник и запускает гораздо более мощный инвертор. Если разъем блока питания вставлен в материнскую плату, то часть ее компонентов находится под напряжением + 5 VSB.

Сигнал на запуск инвертора подается с материнской платы. Причем для включения можно использовать маломощную кнопку.

В более старых моделях компьютеров устанавливались БП старого стандарта АТ. Они имели громоздкие выключатели с мощными контактами, что удорожало конструкцию. Использование нового стандарта АТХ позволяет «будить» компьютер одним движением или кликом «мышки». Или нажатием клавиши на клавиатуре. Это, конечно, удобно.

Но при этом надо помнить, что конденсаторы в источнике дежурного напряжения всегда находятся под напряжением . Электролит в них подсыхает, срок службы уменьшается.

Большинство пользователей традиционно включает компьютер кнопкой на корпусе, питая его через фильтр-удлинитель. Таким образом, можно рекомендовать после отключения компьютера исключать подачу напряжения на блок питания выключателем фильтра.

Выбор - удобство или надежность - за вами, уважаемый читатели.

Устройство источника дежурного напряжения

Источник дежурного напряжения (ИДН) содержит в себе маломощный инвертор.

Этот инвертор превращает высокое постоянное напряжение, полученное с высоковольтного фильтра, в переменное. Это напряжение понижается до необходимой величины маломощным трансформатором.

Инвертор работает на гораздо более высокой частоте, чем частота сети, поэтому размеры его трансформатора невелики. Напряжение со вторичной обмотки подается на выпрямитель и низковольтный фильтр (электролитические конденсаторы).

Напряжение ИДН должно находиться в пределах 4,75 - 5,25 В. Если оно будет меньше - основной мощный инвертор может не запуститься. Если оно будет больше, компьютер может «подвисать» и сбоить.

Для поддержания стабильного напряжения в ИДН часто используется регулируемый стабилитрон (иначе называемый источником опорного напряжения) и обратная связь. При этом часть выходного напряжения ИДН подается во входные высоковольтные цепи.

Заканчивая первую часть статьи, отметим, что для гальванической развязки входных и выходных цепей используется оптопара .

Оптопара содержит источник и приемник излучения. В чаще всего используется оптопара, содержащая в себе светодиод и фототранзистор.

Инвертор в ИДН собран чаще всего на мощном высоковольтном полевом или биполярном транзисторе. Мощный транзистор отличается от маломощных тем, что рассеивает бОльшую мощность и имеет бОльшие габариты.

В этом месте сделаем паузу. Во второй части статьи мы рассмотрим основной инвертор и низковольтную часть компьютерного блока питания.

С вами был Виктор Геронда.

До встречи на блоге!

P.S. Фото кликабельны, кликайте, рассматривайте внимательно схемы и удивляйте знакомых своей эрудицией!

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.

В большинстве современных электронных устройств практически не используются аналоговые (трансформаторные) блоки питания, им на смену пришли импульсные преобразователи напряжения. Чтобы понять, почему так произошло, необходимо рассмотреть конструктивные особенности, а также сильные и слабы стороны этих устройств. Мы также расскажем о назначении основных компонентов импульсных источников, приведем простой пример реализации, который может быть собран своими руками.

Конструктивные особенности и принцип работы

Из нескольких способов преобразования напряжения для питания электронных компонентов, можно выделить два, получивших наибольшее распространение:

Аналоговый, основным элементом которого является понижающий трансформатор, помимо основной функции еще и обеспечивающий гальваническую развязку.
Импульсный принцип.

Рассмотрим, чем отличаются эти два варианта.

БП на основе силового трансформатора

Рассмотрим упрощенную структурную схему данного устройства. Как видно из рисунка, на входе установлен понижающий трансформатор, с его помощью производится преобразование амплитуды питающего напряжения, например из 220 В получаем 15 В. Следующий блок – выпрямитель, его задача преобразовать синусоидальный ток в импульсный (гармоника показана над условным изображением). Для этой цели используются выпрямительные полупроводниковые элементы (диоды), подключенные по мостовой схеме. Их принцип работы можно найти на нашем сайте.

Следующий блок играет выполняет две функции: сглаживает напряжение (для этой цели используется конденсатор соответствующей емкости) и стабилизирует его. Последнее необходимо, чтобы напряжение «не проваливалось» при увеличении нагрузки.

Приведенная структурная схема сильно упрощена, как правило, в источнике данного типа имеется входной фильтр и защитные цепи, но для объяснения работы устройства это не принципиально.

Все недостатки приведенного варианта прямо или косвенно связаны с основным элементом конструкции – трансформатором. Во-первых, его вес и габариты, ограничивают миниатюризацию. Чтобы не быть голословным приведем в качестве примера понижающий трансформатор 220/12 В номинальной мощностью 250 Вт. Вес такого агрегата – около 4-х килограмм, габариты 125х124х89 мм. Можете представить, сколько бы весила зарядка для ноутбука на его основе.

Во-вторых, цена таких устройств порой многократно превосходит суммарную стоимость остальных компонентов.

Импульсные устройства

Как видно из структурной схемы, приведенной на рисунке 3, принцип работы данных устройств существенно отличается от аналоговых преобразователей, в первую очередь, отсутствием входного понижающего трансформатора.

Рисунок 3. Структурная схема импульсного блока питания

Рассмотрим алгоритм работы такого источника:

Питание поступает на сетевой фильтр, его задача минимизировать сетевые помехи, как входящие, так и исходящие, возникающие вследствие работы.
Далее вступает в работу блок преобразования синусоидального напряжения в импульсное постоянное и сглаживающий фильтр.
На следующем этапе к процессу подключается инвертор, его задача связана с формированием прямоугольных высокочастотных сигналов. Обратная связь с инвертором осуществляется через блок управления.
Следующий блок – ИТ, он необходим для автоматического генераторного режима, подачи напряжения на цепи, защиты, управления контроллером, а также нагрузку. Помимо этого в задачу ИТ входит обеспечение гальванической развязки между цепями высокого и низкого напряжения.

В отличие от понижающего трансформатора, сердечник этого устройства изготавливается из ферримагнитных материалов, это способствует надежной передачи ВЧ сигналов, которые могут быть в диапазоне 20-100 кГц. Характерная особенность ИТ заключается в том, что при его подключении критично включение начала и конца обмоток. Небольшие размеры этого устройства позволяют изготавливать приборы миниатюрных размеров, в качестве примера можно привести электронную обвязку (балласт) светодиодной или энергосберегающей лампы.

Далее вступает в работу выходной выпрямитель, поскольку он работает с высокочастотным напряжением, для процесса необходимы быстродействующие полупроводниковые элементы, поэтому для этой цели применяют диоды Шоттки.
На завершавшей фазе производится сглаживание на выгодном фильтре, после чего напряжение подается на нагрузку.

Теперь, как и обещали, рассмотрим принцип работы основного элемента данного устройства – инвертора.

Как работает инвертор?

ВЧ модуляцию, можно сделать тремя способами:

частотно-импульсным;
фазо-импульсным;
широтно-импульсным.

На практике применяется последний вариант. Это связано как с простотой исполнения, так и тем, что у ШИМ неизменна коммуникационная частота, в отличие от двух остальных способов модуляции. Структурная схема, описывающая работу контролера, показана ниже.

Алгоритм работы устройства следующий:

Генератор задающей частоты формирует серию прямоугольных сигналов, частота которых соответствует опорной. На основе этого сигнала формируется U П пилообразной формы, поступающее на вход компаратора К ШИМ. Ко второму входу этого устройства подводится сигнал U УС, поступающий с регулирующего усилителя. Сформированный этим усилителем сигнал соответствует пропорциональной разности U П (опорное напряжение) и U РС (регулирующий сигнал от цепи обратной связи). То есть, управляющий сигнал U УС, по сути, напряжением рассогласования с уровнем, зависящим как от тока на грузке, так и напряжению на ней (U OUT).

Данный способ реализации позволяет организовать замкнутую цепь, которая позволяет управлять напряжением на выходе, то есть, по сути, мы говорим о линейно-дискретном функциональном узле. На его выходе формируются импульсы, с длительностью, зависящей от разницы между опорным и управляющим сигналом. На его основе создается напряжение, для управления ключевым транзистором инвертора.

Процесс стабилизации напряжения на выходе производится путем отслеживания его уровня, при его изменении пропорционально меняется напряжение регулирующего сигнала U РС, что приводит к увеличению или уменьшению длительности между импульсами.

В результате происходит изменение мощности вторичных цепей, благодаря чему обеспечивается стабилизация напряжения на выходе.

Для обеспечения безопасности необходима гальваническая развязка между питающей сетью и обратной связью. Как правило, для этой цели используются оптроны.

Сильные и слабые стороны импульсных источников

Если сравнивать аналоговые и импульсные устройства одинаковой мощности, то у последних будут следующие преимущества:

Небольшие размеры и вес, за счет отсутствия низкочастотного понижающего трансформатора и управляющих элементов, требующих отвода тепла при помощи больших радиаторов. Благодаря применению технологии преобразования высокочастотных сигналов можно уменьшить емкость конденсаторов, используемых в фильтрах, что позволяет устанавливать элементы меньших габаритов.
Более высокий КПД, поскольку основные потери вызывают только переходные процессы, в то время как в аналоговых схемам много энергии постоянно теряется при электромагнитном преобразовании. Результат говорит сам за себя, увеличение КПД до 95-98%.
Меньшая стоимость за счет применения мене мощных полупроводниковых элементов.
Более широкий диапазон входного напряжения. Такой тип оборудования не требователен к частоте и амплитуде, следовательно, допускается подключение к различным по стандарту сетям.
Наличие надежной защиты от КЗ, превышения нагрузки и других нештатных ситуаций.

К недостаткам импульсной технологии следует отнести:

Наличие ВЧ помех, это является следствием работы высокочастотного преобразователя. Такой фактор требует установки фильтра, подавляющего помехи. К сожалению, его работа не всегда эффективна, что накладывает некоторые ограничения на применение устройств данного типа в высокоточной аппаратуре.

Особые требования к нагрузке, она не должна быть пониженной или повышенной. Как только уровень тока превысит верхний или нижний порог, характеристики напряжения на выходе начнут существенно отличаться от штатных. Как правило, производители (в последнее время даже китайские) предусматривают такие ситуации и устанавливают в свои изделия соответствующую защиту.

Сфера применения

Практически вся современная электроника запитывается от блоков данного типа, в качестве примера можно привести:

Собираем импульсный БП своими руками

Рассмотрим схему простого источника питания, где применяется вышеописанный принцип работы.

Обозначения:

Резисторы: R1 – 100 Ом, R2 – от 150 кОм до 300 кОм (подбирается), R3 – 1 кОм.
Емкости: С1 и С2 – 0,01 мкФ х 630 В, С3 -22 мкФ х 450 В, С4 – 0,22 мкФ х 400 В, С5 – 6800 -15000 пФ (подбирается),012 мкФ, С6 — 10 мкФ х 50 В, С7 – 220 мкФ х 25 В, С8 – 22 мкФ х 25 В.
Диоды: VD1-4 – КД258В, VD5 и VD7 – КД510А, VD6 – КС156А, VD8-11 – КД258А.
Транзистор VT1 – KT872A.
Стабилизатор напряжения D1 — микросхема КР142 с индексом ЕН5 – ЕН8 (в зависимости от необходимого напряжения на выходе).
Трансформатор Т1 – используется ферритовый сердечник ш-образной формы размерами 5х5. Первичная обмотка наматывается 600 витков проводом Ø 0,1 мм, вторичная (выводы 3-4) содержит 44 витка Ø 0,25 мм, и последняя – 5 витков Ø 0,1 мм.
Предохранитель FU1 – 0.25А.

Настройка сводится к подбору номиналов R2 и С5, обеспечивающих возбуждение генератора при входном напряжении 185-240 В.

Блок питания наиболее подвержен влиянию внешних факторов и в тоже время на его работу могут повлиять элементы являющиеся его нагрузкой. Главное назначение блоков питания преобразование электрической энергии поступающей из сети переменного тока в энергию пригодную для питания узлов компьютера. Блок питания преобразует сетевое переменное напряжение 220 В 50 Гц 120 В 60 Гц в постоянные напряжения 5 12 и в 33 В.

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Назначение и принципы работы блоков питания

Блок питания является одним из самых ненадежных устройств компьютерной системы, т.к. в его составе имеются электронные, электрические и электромеханические элементы. Блок питания наиболее подвержен влиянию внешних факторов и в тоже время на его работу могут повлиять элементы являющиеся его нагрузкой.

Главное назначение блоков питания преобразование электрической энергии, поступающей из сети переменного тока, в энергию, пригодную для питания узлов компьютера. Блок питания преобразует сетевое переменное напряжение 220 В, 50 Гц (120 В, 60 Гц) в постоянные напряжения +5, +12 и в +3,3 В. Как правило, для питания цифровых схем (системной платы, плат адаптеров и дисковых накопителей) используется напряжение +3,3 или +5 В, а для двигателей (дисководов и различных вентиляторов) +12 В. Компьютер работает надежно только в том случае, если значения напряжения в этих цепях не выходят за установленные пределы.

Замечание Когда фирма Intel начала выпускать процессоры, для которых требовалось напряжение 3,3 В, источников питания с таким выходным напряжением еще не было. Поэтому изготовители системных плат начали встраивать трансформаторы, преобразующие напряжение +5 в 3,3 В. Такие преобразователи генерируют большое количество теплоты, что нежелательно для персонального компьютера.

Сигнальные функции

Блок питания также вырабатывает и отрицательные напряжения -5 и -12В. Питание -5 В поступает на контакт В5 шины I SA (при ее наличии), а на самой системной плате оно не используется. Это напряжение предназначалось для питания аналоговых схем в старых контроллерах накопителей на гибких дисках, поэтому оно и подведено к шине. В современных контроллерах напряжение -5 В не используется; оно сохраняется лишь как часть стандарта шины ISA.

Блок питания в системе с шиной МСА (Micro Channel Architecture ), a также в блоки питания SFX не имеют сигнала -5 В. В подобных системах это напряжение не используется, поскольку в них всегда устанавливаются новейшие контроллеры дисководов.

Напряжения +12 и -12 В на системной плате также не используются, а соответствующие цепи подключены к контактам В9 и В7 шины ISA . К ним могут подсоединяться схемы любых плат адаптеров, но чаще всего подключаются передатчики и приемники последовательных портов. Если последовательные порты смонтированы на самой системной плате, то для их питания могут использоваться напряжения -12 и +12 В.

Замечание Нагрузка источников питания для схемы последовательных портов весьма незначительна. Например, работающий одновременно на два порта сдвоенный асинхронный адаптер компьютеров PS/2 для выполнения операций с портами потребляет всего 35 мА, как по цепи +12, так и -12 В.

В большинстве схем современных последовательных портов указанные напряжения не используются. Для их питания достаточно напряжения +5 В (или даже 3,3 В). Если в компьютере установлены именно такие порты, значит, сигнал +12 В от блока питания не подается.

Напряжение +12 В предназначено в основном для питания двигателей дисковых накопителей. Источник питания по этой цепи должен обеспечивать большой выходной ток, особенно в компьютерах с множеством отсеков для дисководов. Напряжение 12 В подается также на вентиляторы, которые, как правило, работают постоянно. Обычно двигатель вентилятора потребляет от 100 до 250 мА, но в новых компьютерах это значение ниже 100 мА. В большинстве компьютеров вентиляторы работают от источника +12 В, но в портативных моделях для них используется напряжение +5 В (или даже 3,3 В).

Блок питания не только вырабатывает необходимое для работы узлов компьютера напряжение, но и приостанавливает функционирование системы до тех пор, пока величина этого напряжения не достигнет значения, достаточного для нормальной работы. Иными словами, блок питания не позволит компьютеру работать при "нештатном" уровне напряжения питания. В каждом блоке питания перед получением разрешения на запуск системы выполняется внутренняя проверка и тестирование выходного напряжения. После этого на системную плату посылается специальный сигнал Power _ Good (питание в норме). Если такой сигнал не поступил, компьютер работать не будет. Напряжение сети может оказаться слишком высоким (или низким) для нормальной работы блока питания, и он может перегреться. В любом случае сигнал Power _ Good исчезнет, что приведет либо к перезапуску, либо к полному отключению системы. Если ваш компьютер не подает признаков жизни при включении, но вентиляторы и двигатели накопителей работают, то, возможно, отсутствует сигнал Power _ Good . Столь радикальный способ защиты был предусмотрен фирмой IBM , исходя из тех соображений, что при перегрузке или перегреве блока питания его выходные напряжения могут выйти за допустимые пределы и работать на таком компьютере будет невозможно.

Замечание Иногда сигнал Р ower _ Good используется для сброса вручную. Он подается на микросхему тактового генератора (8284 или 82284 в компьютерах PC/XT и AT ). Эта микросхема управляет формированием тактовых импульсов и вырабатывает сигнал начальной перезагрузки. Если сигнальную цепь Power _ Good заземлить каким-либо переключателем, то генерация тактовых сигналов прекращается и процессор останавливается. После размыкания переключателя вырабатывается кратковременный сигнал начальной установки процессора и разрешается нормальное прохождение сигнала Р ower _ Good

В компьютерах с более новыми формфакторами системной платы, типа micr о АТХ и NLX , предусмотрен другой специальный сигнал. Этот сигнал, называемый PS _ ON и используется для программного отключения источника питания (и, таким образом компьютера). Сигнал PS _ ON используется операционной системой (например, Windows которая поддерживает расширенное управления питанием (Advanced Power Management - APM ). Когда выбираеся команду Завершение работы из главного меню, Windows полностью автоматически отключает источник питания компьютера. Система, не обладающая этой особенностью, только отображает сообщение о том, что можно выключить компьютер.

Конструктивные размеры блоков питания

Размеры блока питания и расположение его элементов характеризуются конструктивными размерами, или формфакторами. Характеристики формфакторов также распростроняются на корпуса системных блоков и системные платы. Узлы одинаковых конструктивных размеров взаимозаменяемы. Проектируя компьютер, разработчики обычно выбирают одинаковые формфакторы всех компонентов PC . При разработке оригинальной конструкции блок питания получится уникальным, т.е. пригодным только для конкретной системы. Используемый в PC источник питания, в отличие от других типов источников, высокоэффективен, генерирует минимальное количество теплоты, имеет небольшой размер и низкую цену.

Замечание Даже если два источника питания имеют один и тот же формфактор, они могут значительно отличаться качеством и эффективностью (КПД). Практически все новые блоки питания несовместимы с прежними моделями. Например, в блоках питания для систем АТХ используются абсолютно новые сигналы PS _ ON .

Размер блока питания определяется конструкцией корпуса. Промышленными стандартами можно считать представленные ниже модели корпусов и блоков питания.

Устаревшие	Современные
PC / XT	LPX (Slimline)
AT/Desktop	АТХ
AT/Tower
В aby-AT

Существует множество модификаций блоков питания каждого типа, которые различают по выходным мощностям. В настоящее время практически во всех новых компьютерах и c пользуется формфактор АТХ. Ниже представлено соответствие между формфакторами си c темных плат и блоков питания.

формфактор системной платы	Чаше всего используемый формфактор блока питания	Другие используемые формфакторы блока питания
В aby-AT		В aby-AT, AT-Tower, AT-Desk

АТХ	АТХ
Micro- АТХ	АТХ
	АТХ

Стандарт АТ

Блок питания PC АТ обычно имел стандартный конструктив и набор жгутов (кабелей) с разъемами питания для соединения с системной платой и периферийными устройствами. На задней стенке блока устанавливается входной разъем питающего кабеля, а также может быть установлен транзитный выходной разъем для питания монитора. Подключение монитора к такому разъему не только сокращает количество вилок, включаемых в розетку питания, но и обеспечивает связь «земель» монитора и системного блока. В некоторых типах блоков питания транзитный разъем может отсутствовать. При этом монитор включают в дополнительную розетку и хорошо, если при этом соблюдают правила заземления.

Блок вырабатывает основное стабилизированное напряжение +5 В при токе 10-50 А; +12 В при токе 3,5-15 А для питания двигателей устройств и интерфейсных цепей; -12 В при токе 0,3-1 А для питания интерфейсных цепей; -5 В при токе 0,3-0,5 А (обычно не используется, присутствует только для соблюдения стандарта ISA Bus ). Уровни напряжений 12 В, -12 В, -5 В обычно пропорциональны нагрузке цепи +5 В. Для регулировки выходного напряжения обычно имеется подстроечный резистор, хотя та доступа к нему может потребоваться и разборка блока питания.

Выходные цепи блоков питания формата AT выводятся гибкими жгутами проводов со стандартным набором разъемов (рис. 9). Разъемы для питания накопителей имеют ключи, исключающие возможность неправильного соединения. Однако иногда встречаются блоки с ошибочно собранными разъемами, в результате чего на шину питания +5 В попадает +12 В, чего устройства, как правило, не выдерживают. Традиционные разъемы питания системной платы PS -8, PS -9 всегда устанавливаются рядом так, чтобы четыре черных провода GND шли подряд. Их ключи весьма условны, а ошибка подключения чревата выгоранием системной платы. Цвета проводов в жгутах стандартизованы:

GND - черный;

12 V коричневый;

5 V красный;

5 V голубой;

12 V желтый;

P . G . белый (питание в норме).

К системной плате К накопителям

Рис. 9. Выходные разъемы блока питания формата AT

Стандарт АТХ

Новейшим стандартом на рынке PC-совместимых компьютеров стал АТХ (рис.10 ), который определил новую конструкцию системной платы и блока питания. В его основе лежит стандарт LPX (Slimline ), но существует ряд особенностей, которые следует отметить. Версии используемых спецификаций АТХ постоянно совершенствуются и модифицируются .

Блок питания в стандарте АТХ значительно отличается от традиционных как по габаритным размерам, так и по электрическому интерфейсу. Вентилятор блока питается от цепи +12 В и обеспечивает охлаждение всего системного блока.

Рис. 10. Блок питания стандарта АТХ

Главная особенность данного БП состоит в том, что вентилятор теперь расположен на стенке корпуса блока питания, которая обращена внутрь компьютера, и поток воздуха прогоняется вдоль системной платы, поступая извне. Такое решение в корне отличается от традиционного, когда вентилятор располагается на тыльной стенке корпуса блока питания и воздух выдувается наружу. Поток воздуха в блоке АТХ направляется на компоненты платы, которые выделяют больше всего тепла (процессор, модули памяти и платы расширения). Поэтому исчезает необходимость в ненадежных вентиляторах для процессора, в настоящее время получивших широкое распространение.

Другим преимуществом обратного направления воздуха является уменьшение загрязнения внутренних узлов компьютера. В корпусе создается избыточное давление, и воздух выходит в щели в корпусе, в отличие от систем другой конструкции. В АТХ-системах пыль будет «отгоняться» от устройства, поскольку внутрь воздух попадает только через одно входное отверстие на тыльной стороне блока питания. В системе, работающей в условиях повышенной запыленности, на воздухозаборнике БП можно установить фильтр, который предотвратит попадание в ПК частиц пыли.

Стандарт АТХ был разработан фирмой Intel в 1995 году и популярность завоевал после выпуска персональных компьютеров с процессором Pentium и Pentium Pro . После появления на рынке процессоров Pentium II (1997 год) и Pentium III (1999 год) этот тип корпуса стал использоваться повсеместно, заменив Baby - AT .

Конструкция АТХ (рис. 11) выполняет такие же функции, как Baby-AT и Slimline , а так-же позволяет решить две серьезные проблемы, возникающие при их использовании. Каждый из традиционных блоков питания персональных компьютеров, применяющихся в PC , имеет два разъема, которые вставляются в системную плату. Проблема такова: если вы перепутаете разъемы, то сожжете системную плату! Большинство производителей качественных систем выпускают разъемы системной платы и блока питания с ключами, чтобы их нельзя было перепутать, но почти все дешевые системы не имеют ключей ни на системной плате, ни в блоке питания.

Чтобы предотвратить неправильное подключение разъемов блока питания, в модели АТХ предусмотрен новый разъем питания для системной платы. Он содержит 20 контактов и является одиночным разъемом с ключом. Его невозможно подключить неправильно В новом разъеме предусмотрена цепь питания на 3,3 В, что позволяет отказаться от преобразователя напряжения на системной плате.

Рис. 11 . Внешний вид блока питания форм-фактора ATX / NLX

Для напряжения 3,3 В блок АТХ обеспечивает другой набор управляющих сигналов, отличающийся от обычных сигналов для стандартных блоков. Это сигналы Power _0 n и Standby (последний также называется питанием малой мощности Soft Power , или SB ).

Power _0 n это сигнал системной платы, который может использоваться такими операционными системами, как Windows 9 x (они поддерживают возможность выключения и пуска системы программным путем). Это также позволяет применять для включения компьютера клавиатуру. Для этого в интерфейс блока питания введен управляющий сигнал PS - ON , включающий основные источники +5, +3,3, +12, -12 и -5 В (рис. 12). Напряжение от этих источников поступает на выход блока только при удержании сигнала PS-ON на низком логическом уровне. При высоком уровне или свободном состоянии цепи выходные напряжения этих источников поддерживаются около нулевого уровня. О нормальном напряжении питания сигнализирует сигнал PW - OK (Power O " Key ). Интерфейс управления питанием позволяет выполнять программное отключение питания.

Рис. 12. Временная диаграмма интерфейса управления питанием АТХ

Сигнал 5 v _ Standby (дежурный) всегда активен и подает на системную плату питание ограниченной мощности, даже если компьютер выключен. Параметры описанных свойств устанавливаются с помощью программы установки параметров Setup BIOS . Дежурный источник с допустимым током нагрузки 10 мА (АТХ версии 2.01) включается при подаче сетевого напряжения. Он предназначен для питания цепей управления энергопотреблением и устройств, активных и в спящем режиме (например, факсмодема, способного по поступлении входящего звонка «разбудить» машину). В дальнейшем предполагается увеличить мощность данного источника до допустимого тока 720 мА, что позволит «будить» компьютер даже по приему пакета от дежурного адаптера локальной сети.

Сигнал FanM представляет собой выход типа «открытый коллектор» от тахометрического датчика вентилятора блока питания вырабатывающего два импульса на каждый оборот ротора. Сигнал FanC предназначен для управления скоростью вентилятора подачей напряжения в диапазоне 0...+12 В при токе до 20 мА. Если уровень напряжения выше +10,5 вентилятор будет работать на максимальной скорости. Уровень ниже +1 В означает запрос от системной платы на остановку вентилятора. Промежуточное значения уровня позволяют плавно регулировать скорость. Внутри блока питания сигнал FanC подтягивается к уровню +12 В, так что если дополнительный разъем оставить неподключенным, вентилятор будет всегда работать на максимальной скорости. На дополнительном разъеме также имеются koht акты 1394 V (+) и 1394 R (-) изолированного от схемной земли источника напряжения 8-48 В для питания устройств шины IEEE -1394 (FireWire ). Цепь +3.3 V Sense служит для подачи сигнала обратной связи стабилизатору напряжения +3,3

Все питающие и сигнальные провода к системной плате подключаются одним основным разъемом с надежным ключом (рис. 13а ). На разъемах подключения накопителей, естественно, сохранилось традиционное назначение контактов. Расширенная спецификация для блока питания АТХ предусматривает передачу информации от датчиков вентилятора на системную плату, что обеспечивает контроль скорости вращения и температуры воздуха. Для этих целей предназначен дополнительный (необязательный) жгут с разъемом, изображенный на рис. 13 б.

Рис. 13. а) Основной разъем питания

Рис. 13. б) Дополнительный разъем

Другая проблема, решенная в конструкции АТХ, связана с системой охлаждения. На всех современных процессорах устанавливается активный теплоотвод, который представляет собой вентилятор (кулер), который крепится к радиатору процессора для его охлаждения. Практически все процессоры, выпускаемые фирмой Intel и другими производителями, поставляются с такими вентиляторами. В системах модели АТХ для дополнительного охлаждения процессора используется заслонка рядом с блоком питания, которая направляет воздушный поток от вентилятора к процессору. Блок питания модели АТХ берет воздух извне и создает в корпусе избыточное давление, тогда как в корпусах других систем давление понижено. Направление воздушного потока в обратную сторону позволило значительно улучшить охлаждение процессора и других компонентов системы.

Замечание Метод охлаждения, описанный в технических требованиях АТХ, не является обязательным. Изготовители могут использовать другие методы, например установку традиционного выдувающего вентилятора, а также пассивных радиаторов на системной плате АТХ. Это может оказаться лучшим решением для компьютера, если не гарантируется периодическая замена фильтра источника питания.

Стандарт NLX

Технические требования NLX, также разработанные Intel , определяют низкопрофильную системную плату, во многом похожую на АТХ. Однако в этом стандарте используется меньший формфактор. Как в предыдущих системах Slimline , системная плата NLX использует выносную плату (ризер - карту) для разъемов расширения. Системная плата NLX также разработана для упрощения доступа и обслуживания; системную плату легко выдвинуть из блока. Формфактор NLX предназначен для замены LPX (как формфактор АТХ функционально заменил Baby-AT).

Технические требования NLX не определяют новый формфактор источника питания, но существует отдельный документ, в котором приведены рекомендации для источника питания NLX. Чтобы источник питания поместился в корпус NLX, он должен соответствовать размерам формфактора LPX, но в нем должны использоваться разъем с 20 контактами, сигналы напряжения, в соответствии со спецификацией АТХ (и даже вентилятор должен быть расположен как в блоке питания АТХ). Хотя иногда можно приспособить источник питания для LPX, некоторые изготовители начали производить источники питания, специально созданные для использования в системах NLX.

Стандарт SFX (системные платы micro - ATX )

Фирма Intel разработала новые технические требования для системных плат, названных micro-ATX, Эти платы предназначены для недорогих систем; в них используется меньшее количество разъемов расширения, чем в NLX, и потому требования к источнику питания менее жесткие. Поскольку документация на платы micro-ATX определяет лишь формфактор системной платы, Intel разработала технические требования для нового источника питания, названного SFX (рис. 14).

Источник питания SFX специально разработан для использования в малых системах, содержащих ограниченное количество аппаратных средств. Блок питания может в течение длительного времени обеспечивать питание при мощности 90 Вт (135 Вт пиковой мощности) в четырех напряжениях (+5, +12, -12 и +3,3 В). Этой мощности достаточно для малой системы с процессором Pentium II, интерфейсом AGP , тремя разъемами расширения и тремя периферийными устройствами типа жестких дисков и CD - ROM .

Замечание Источник питания SFX не имеет выходного напряжения -5 В, необходимого для шины ISA . Поэтому в компьютерах с платой micro-ATX используется только шина РС I и интерфейс AGP для всех плат расширений, установленных в компьютер, а разъемов шины ISA нет совсем.

Рис. 14. Блок питания стандарта SFX с вентиляторам диаметром 60 мм

Несмотря на то что Intel разработала технические требования к источнику питания SFX специально для системной платы с формфактором micro - ATX , SFX это отдельный стандарт, который совместим с другими системными платами. В источниках питания SFX используется тот же разъем с 20 контактами, что и в стандарте АТХ, а также сигналы Power _0 n и 5 v _ Standby . Отличия проявляются в расположении вентилятора.

Если используется стандартный источник питания SFX, то вентилятор диаметром 60 мм крепится на поверхности корпуса, причем он вдувает холодный воздух внутрь корпуса компьютера. Вентилятор обдувает источник питания, и через отверстия в задней панели корпуса теплый воздух удаляется. Такое расположение вентилятора уменьшает шум, но в то же время обладает недостатками, которые были характерны для систем охлаждения до введения стандарта АТХ. В любом случае необходимо использовать дополнительные охлаждающие элементы на наиболее тепловыделяющих элементах компьютера.

Для систем, которым необходимо более интенсивное отведение тепла, был разработан блок питания с вентилятором диаметром 90 мм. Этот больший по размеру вентилятор обеспечивает лучшее охлаждение элементов компьютера (рис. 15).

Рис. 15. Блок питания стандарта SFX с вентилятором диаметром 90мм

На рис. 16 показан внешний вид блока питания стандарта SFX с верхним расположением вентилятора диаметром 90 мм.

Рис.16 . Блок питания стандарта SFX с верхним расположением вентилятора диаметром 90мм

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
165.		Разъемы блоков питания	118.6 KB
	Количество разъемов для дисководов может быть разным. Например, в IBM AT имеется только три разъема питания для накопителей, а в большинстве блоков питания AT / Tower - четыре. В зависимости от используемого блока питания количество разъемов для дисководов в АТХ-системах может достигать восьми.
163.		Схемотехника блоков питания	1000.31 KB
	Простейший блок питания с трансформаторным входом имеет схему приведенную на рис. Трансформатор блока питания рассчитанный на частоту 60 Гц на частоте 50 Гц может ощутимо нагреваться. Блоки питания с трансформаторным входом применяются при небольшой выходной мощности чаще всего в выносных адаптерах обеспечивающих питание модемов хабов и прочих маломощных устройств внешнего исполнения.
19049.		СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БЛОКОВ ПИТАНИЯ ПК	1.04 MB
	Современный блок питания представляет собой импульсный блок, а не силовой. Импульсный блок содержит в себе больше электроники и имеет свои достоинства и недостатки. К достоинствам следует отнести небольшой вес и возможность непрерывного питания при падении напряжения. К недостаткам – наличие не очень продолжительного срока службы по сравнению с силовыми блоками из-за присутствия электроники.
3395.		Принципы и методы санитарно-просветительной работы с населением. Особенности работы с детьми и родителями, мед. работниками	18.69 KB
	Подробно разбираются особенности санпросветработы с детьми различного возраста родителями медицинскими работниками и педагогами. Студенты знакомятся с основным материальным обеспечением проведения санпросветработы на примере оборудования и оснащения типовой и приспособленных комнатах гигиены и профилактики размноженных памяток и листовок и других средств наглядной и познавательной агитации. Дифференциация должна осуществляться и при проведении санпросветработы. Однако повышение качества пропаганды позволяет усилить эффект пассивной формы...
14245.		Назначение, устройство и принцип работы магнитолы	68.26 KB
	Основными функциональными узлами магнитофона являются лентопротяжный механизм ЛПМ блок магнитных головок БМГ БВГ для записи воспроизведения и стирания сигналов и электронные устройства обеспечивающие работу БМГ. Характеристики ЛПМ в наибольшей степени влияют на качество звуковоспроизведения аппарата в целом потому что искажения которые неидеальный ЛПМ вносит в сигнал невозможно исправить никакой коррекцией в аналоговом электронном тракте...
1047.		Основные принципы логопедической работы	971.05 KB
	Поэтому так важно заботиться о своевременном формировании речи детей о ее чистоте и правильности предупреждая и исправляя различные нарушения которыми считаются любые отклонения от общепринятых норм данного языка. Логопедия как наука имеет важное теоретическое и практическое значение которое обусловлено социальной сущностью языка речи тесной связью развития речи мышления и всей психической деятельности ребенка. Значение слова уже само по себе является обобщением и в связи с этим представляет собой не только единицу речи но и...
5896.		Категории, закономерности и принципы социальной работы	13.61 KB
	Категории закономерности и принципы социальной работы План Категориально понятийный аппарат социальной работы Закономерности социальной работы. Принципы социальной работы.Любая гуманитарная наука в том числе теория социальной работы отражает изменчивые тесно переплетающиеся друг с другом многообразные социальные явления например взаимодействие человекчеловек человексреда обобщая и интерпретируя которые ученые выдвигают понятия краткие но всеобъемлющие определения способные объяснить особенности того или...
7643.		Основные принципы работы с базой данных в Microsoft Access	9.01 KB
	Основные принципы работы с базой данных в Microsoft ccess. Что такое База данных. Проектирование базы данных. Создание базы данных.
11281.		Способы, принципы и условия эффективности работы с одаренными детьми	6.17 KB
	Целью построения системы выявления и развития творчески одаренных детей является предоставление им возможностей реализовывать отпущенный им природой повышенный потенциал учебных и творческих достижений. В условиях обучения не создается необходимая для развития творчески одаренного ребенка среда. Учитель адаптирует свои требования к возможностям среднего ученика выходящие за нижний предел зоны оптимального развития одаренного ученика. Для развития умственно одаренных детей необходимо расширение границ самостоятельности ребенка и поэлементное...
20010.		Принципы анонсирования спортивных мероприятий, влияние системы работы по анонсированию на эффективность деятельности клуба	86.87 KB
	Ориентируясь на внешнего, по отношению к отрасли в целом, и внутреннего потребителя, простого зрителя футбольного матча и медиакомпанию соответственно, инструменты спортивного маркетинга позволяют осуществлять весь комплекс продвижения как спортивных команд и спортсменов в частности, так и соответствующую продукцию. Именно поэтому тема анонсирования спортивных мероприятий и влияние системы работы по анонсированию на эффективность деятельности клуба является актуальной и своевременной.

Привет, друзья! Несмотря на совершенство современных комплектующих то, без чего невозможна их нормальная работа – блок питания компьютера, из чего состоит этот узел и как работает, я расскажу в сегодняшней публикации.

Из этой статьи вы узнаете:

Назначение блока питания

Даже полный «чайник» знает, что БП подает ток. Однако такое утверждение фактически почти ничего не объясняет. Блок питания выполняет три основные функции:

Понижает напряжение в сети от 220 В (возможны и другие значения) до рабочего напряжения, необходимого для подачи к потребителям энергии – 3.3, 5 и 12 В, в том числе и с отрицательными значениями.
Выпрямляет переменный ток с частотой 50 Гц, делая его постоянным.
Стабилизирует рабочее напряжение.

Такие функции требуют соответствующей электрической схемы. БП для системного блока – вовсе не простая конструкция, как можно ошибочно подумать. Рассмотрим более детально его строение – какие логические блоки спрятаны там внутри, и как работает каждый из них.

Конструкционные компоненты

В состав блока питания включены три каскада – входной, выходной и преобразователь. Следует разобрать более детально, как устроен каждый и для чего он предназначен.

Входные цепи

Сюда входят такие блоки:

Входной фильтр, который отсекает импульсные помехи, не давая им распространяться далее. Также он снижает разряд конденсаторов, который возникает при включении устройства в сеть.
Корректор мощности снижает нагрузку на питающие цепи.
Переменное напряжение постоянно трансформирует выпрямительный мост.
Пульсации выпрямленного напряжения сглаживает конденсаторный фильтр.

БП небольшой мощности, который выдает +5 В для поддержки дежурного режима материнки и +12 В для микросхемы преобразователя.

Преобразователь

Состоит из следующих элементов:

Двух биполярных транзисторов, которые используются в качестве полумостового преобразователя.
Схемы защиты от изменения питающих напряжений. В этом качестве обычно выступает специфическая микросхема, например SG6105 или UC
Высокочастотного импульсного трансформатора, формирующий напряжения требуемого номинала.
Цепей обратной связи, поддерживающих стабильное напряжение на выходе БП.
Формирователя напряжения, реализованного на базе отдельного операционного усилителя.

Выходные цепи

Для их нормальной работы необходимы такие составляющие:

Выходные выпрямители, которые используются для подачи напряжения 5 В и 12 В с положительными и отрицательными значениями, с помощью одних и тех же обмоток трансформатора.
Дроссель групповой стабилизации. Сглаживает импульсы и перераспределяет энергию между остальными цепями.

Фильтрующие конденсаторы, интегрирующие импульсы, необходимые для получения номинальных напряжений.
Нагрузочные резисторы, обеспечивающие безопасную работу на холостом ходу.

Достоинства такой схемы

Такая логическая схема используется уже более десятилетия, что лишний раз подтверждает ее высокую эффективность. К неоспоримым достоинствам следует отнести:

Относительная простота конструкции снижает количество необходимых компонентов, что позволяет снизить себестоимость устройства. Также это упрощает ремонт, в случае его необходимости.
На выходе получается требуемый диапазон номинальных напряжений, с приемлемым качеством стабилизации, что требуется для нормальной работы комплектующих в составе системного блока.
Так как основные потери энергии приходятся на процессы преобразования, можно достичь высокого КПД такого блока питания, вплоть до 90%.
Небольшие габариты и масса, что позволяет собирать более компактные системные блоки.
При внесении соответствующих конструкционных корректировок, такие БП можно использовать в сетях с широким диапазоном напряжения – например, 115 В в США или 220 В на постсоветском пространстве.

Некоторые особенности разных моделей

Эффективность устройства зависит не только от принципиальной схемы – они в большинстве случаев унифицированы, а какие-то революционные нововведения внедряются редко.

Во многом на КПД и срок эксплуатации блока питания влияет качество комплектующих, которое может отличаться у разных производителей – от откровенного контрафакта у бюджетных моделей, сделанных в полукустарных условиях, до качественных микросхем, соответствующих всем принятым стандартам, которые используются в схемах вызывающих доверие брендов.

Естественно, при покупке нового БП, ни один продавец не даст сорвать пломбу и более тщательно покопаться во внутренностях устройства.
Здесь на помощь нам приходит видеохостинг YouTube – на соответствующих каналах, которые несложно найти, блоггеры выкладывают процесс разборки и результаты тестов различных комплектующих.