Правильное питание — залог здоровья. Выбираем блок питания. Часть 1. Практикум
Элементы Thermaltake TR2 550W: сетевой разъем (1), Х-конденсатор сетевого фильтра (2), предохранитель входной цепи (3), варистор (4), Х-конденсатор низкочастотного фильтра (5), дроссели низкочастотного фильтра (6), Y-конденсаторы низкочастотного фильтра (7), диодный мост (8), два полевых транзисторы APFC (9), быстрый диод APFC (10), электролитический конденсатор APFC (11), дроссель APFC (12), модуль управления APFC/PWM (13), согласующий трансформатор инвертора (14), радиатор с двумя силовыми ключами инвертора (15), модуль управления источника дежурного питания с ШИМ-драйвером и полевым транзистором (16), импульсный трансформатор источника дежурного напряжения (17), импульсный трансформатор главного инвертора (18), диод Шоттки источника дежурного напряжения (19), электролитический конденсатор фильтра ИДН (20), оптроны обратной связи (21), диод Шоттки шины +3,3V (22), выпрямительные диоды шины +12V (23), радиатор охлаждения вторичной цепи (24), супервизор (25), разъем подключения термодатчика (26), электролитические конденсаторы высокочастотного фильтра (27), биполярный транзистор для управления скоростью вращения вентилятора (28), плата для подключения отстегивающихся кабелей (29), дроссель групповой стабилизации +12V и +5V (30).
EMI-фильтр
На входе БП расположен фильтр ЭМП (электромагнитных помех). Так как компьютерный блок питания является импульсным, он генерирует высокочастотные шумы в сеть.
Существуют две составляющие электромагнитной помехи: синфазная и дифференциальная. Синфазная помеха не связана с заземлением и проходит по линии питания. Дифференциальная появляется между одним из проводов сети и «землей». Для подавления первой составляющей используются Х-конденсаторы и дроссели с встречными обмотками, для второй — Y-конденсаторы и проходные дроссели. Обычно конденсаторы встречаются как на входном разъеме питания 220 В, так и на плате, образуя фильтр кондуктивных шумов.
Для уменьшения излучаемых помех служит сам корпус блока питания, изготовленный из металлических сплавов. Здесь же расположен варистор для защиты первичной части БП от перенапряжения, а также предохранитель, разрывающий цепь при коротком замыкании и/или перегрузке.
Выпрямитель
Затем отфильтрованный переменный ток преобразуется в постоянный с помощью выпрямительного диодного моста, как правило, прикрепленного к радиатору. В дешевых блоках питания используются четыре обычных диода, образующих мост, что сказывается на использовании свободного пространства на плате и надежности.
Инвертор
Инвертор является главным силовым преобразователем любого блока питания. Он состоит из трансформатора, согласующего каскада, ШИМ-микросхемы и силовых ключей. Управляющая микросхема в последнее время перекочевала в комбо-модуль PWM+APFC, представляющий собой дочернюю плату, однако существует еще достаточно БП, где она представлена в отдельном виде. Суть ее работы довольно проста: она регулирует время открытого состояния силовых транзисторов, путем подачи сигналов на их затворы. Грубо говоря, чем дольше открыт ключ, тем больше энергии передаст трансформатор. Работают транзисторы попарно (когда один открыт, другой закрыт, и наоборот), так как в большинстве своем инверторы — двухтактные. И делается это десятки, а то и сотни тысяч раз в секунду.
Выходной выпрямитель и узел фильтрации
Блок выпрямителей и фильтрующих элементов как правило состоит из диодов Шоттки, электролитических конденсаторов и дросселя групповой стабилизации. В разных БП по-разному реализована элементная база, и вышесказанное необязательно является примером. В классическом исполнении напряжения 12 В, 5 В и 3,3 В снимаются со вторичных обмоток импульсного трансформатора и выпрямляются своими диодными сборками.
В последнее время диоды активно заменяются полевыми транзисторами, в виду чего снижаются потери и вторичная цепь напрочь лишается радиаторов охлаждения. К тому же «вторичкой» осталась только 12 В, которая является несущей шиной вторичного напряжения. От нее непосредственно формируются +3,3 В и +5 В.
Защитный узел
Схема защиты в настоящее время реализована на микросхеме супервизора. Она постоянно мониторит выходные напряжения +3,3V, +5V и +12V и в случае выхода значений за пределы снимает сигнал Power Good, тем самым завершая работу компьютера. Основными ее функциями является защита от перегрузки, а также пониженного и повышенного напряжения.
Разъемы блока питания
Все коннекторы компонентов компьютера унифицированы, поэтому распиновка разъемов блоков питания также стандартная. На изображении ниже вы можете увидеть расположение отдельных гнезд в соответствии со стандартом ATX. Слева расположен 20-контактный коннектор, поддерживаемый бюджетными материнскими платами, а справа — более распространенный 24-пиновый. Как видно, отличаются они лишь наличием дополнительных проводов питания +12V, +5V, +3,3V и «земли».
www.ferra.ru
Блок питания ПК – схема, ремонт своими руками
Техническое обслуживание и ремонт компьютера
Блок питания в компьютере (БП) – это самостоятельное импульсное электронное устройство, предназначенное для преобразования напряжения переменного тока в ряд постоянных напряжений (+3,3 / +5 / +12 и -12) для питания материнской платы, видеокарты, винчестера и других блоков компьютера.
Прежде, чем приступать к ремонту блока питания компьютера необходимо убедиться в его неисправности, так как невозможность запуска компьютера может быть обусловлена другими причинами.
Фотография внешнего вида классического блока питания АТХ стационарного компьютера (десктопа).
Где находится БП в системном блоке и как его разобрать
Чтобы получить доступ к БП компьютера необходимо сначала снять с системного блока левую боковую стенку, открутив два винта на задней стенке со стороны расположения разъемов.
Для извлечения блока питания из корпуса системного блока необходимо открутить четыре винта, помеченных на фото. Для проведения внешнего осмотра БП достаточно отсоединить от блоков компьютера только те провода, которые мешают для установки БП на край корпуса системного блока.
Расположив блок питания на углу системного блока, нужно открутить четыре винта, находящиеся сверху, на фото розового цвета. Часто один или два винта спрятаны под наклейкой, и чтобы найти винт, ее нужно отклеить или проткнуть жалом отвертки. По бокам тоже бывают наклейки, мешающие снять крышку, их нужно прорезать по линии сопряжения деталей корпуса БП.
После того, как крышка с БП снята обязательно удаляется пылесосом вся пыль. Она является одной из главных причин отказа радиодеталей, так как, покрывая их толстым слоем, снижает теплоотдачу от деталей, они перегреваются и, работая в тяжелых условиях, быстрее выходят из строя.
Для надежной работы компьютера удалять пыль из системного блока и БП, а также проверять работу кулеров необходимо не реже одного раза в год.
Структурная схема БП компьютера АТХ
Блок питания компьютера является довольно сложным электронным устройством и для его ремонта требуются глубокие знания по радиотехнике и наличие дорогостоящих приборов, но, тем не менее, 80% отказов можно устранить самостоятельно, владея навыками пайки, работы с отверткой и зная структурную схему источника питания.
Практически все БП компьютеров изготовлены по ниже приведенной структурной схеме. Электронные компоненты на схеме я привел только те, которые чаще всего выходят из строя, и доступны для самостоятельной замены непрофессионалам. При ремонте блока питания АТХ обязательно понадобится цветовая маркировка выходящих из него проводов.
Питающее напряжение с помощью сетевого шнура подается через разъемное соединение на плату блока питания. Первым элементом защиты является предохранитель Пр1 обычно стоит на 5 А. Но в зависимости от мощности источника может быть и другого номинала. Конденсаторы С1-С4 и дроссель L1 образуют фильтр, который служит для подавления синфазных и дифференциальных помех, которые возникают в результате работы самого блока питания и могут приходить из сети.
Сетевые фильтры, собранные по такой схеме, устанавливают в обязательном порядке во всех изделиях, в которых блок питания выполнен без силового трансформатора, в телевизорах, видеомагнитофонах, принтерах, сканерах и др. Максимальная эффективность работы фильтра возможна только при подключении к сети с заземляющим проводом. К сожалению, в дешевых китайских источниках питания компьютеров элементы фильтра зачастую отсутствуют.
Вот тому пример, конденсаторы не установлены, а вместо дросселя запаяны перемычки. Если Вы будете ремонтировать блок питания и обнаружите отсутствие элементов фильтра, то желательно их установить.
Вот фотография качественного БП компьютера, как видно, на плате установлены фильтрующие конденсаторы и помехоподавляющий дроссель.
Для защиты схемы БП от скачков питающего напряжения в дорогих моделях устанавливаются варисторы (Z1-Z3), на фото с правой стороны синего цвета. Принцип работы их простой. При нормальном напряжении в сети, сопротивление варистора очень большое и не влияет на работу схемы. В случае повышении напряжения в сети выше допустимого уровня, сопротивление варистора резко уменьшается, что ведет к перегоранию предохранителя, а не к выходу из строя дорогостоящей электроники.
Чтобы отремонтировать отказавший блок по причине перенапряжения, достаточно будет просто заменить варистор и предохранитель. Если варистора под руками нет, то можно обойтись только заменой предохранителя, компьютер будет работать нормально. Но при первой возможности, чтобы не рисковать, нужно в плату установить варистор.
В некоторых моделях блоков питания предусмотрена возможность переключения для работы при напряжении питающей сети 115 В, в этом случае контакты переключателя SW1 должны быть замкнуты.
Для плавного заряда электролитических конденсаторов С5-С6, включенных сразу после выпрямительного моста VD1-VD4, иногда устанавливают термистор RT с отрицательным ТКС. В холодном состоянии сопротивление термистора составляет единицы Ом, при прохождении через него тока, термистор разогревается, и сопротивление его уменьшается в 20-50 раз.
Для возможности включения компьютера дистанционно, в блоке питания имеется самостоятельный, дополнительный маломощный источник питания, который всегда включен, даже если компьютер выключен, но электрическая вилка не вынута из розетки. Он формирует напряжение +5 B_SB и построен по схеме трансформаторного автоколебательного блокинг-генератора на одном транзисторе, запитанного от выпрямленного напряжения диодами VD1-VD4. Это один из самых не надежных узлов блока питания и ремонтировать его сложно.
Необходимые для работы материнской платы и других устройств системного блока напряжения при выходе из блока выработки напряжений фильтруются от помех дросселями и электролитическими конденсаторами и затем посредством проводов с разъемами подаются к источникам потребления. Кулер, который охлаждает сам блок питания, запитывается, в старых моделях БП от напряжения минус 12 В, в современных от напряжения +12 В.
Ремонт БП компьютера АТХ
Внимание! Во избежание вывода компьютера из строя расстыковка и подключение разъемов блока питания и других узлов внутри системного блока необходимо выполнять только после полного отключения компьютера от питающей сети (вынуть вилку из розетки или выключить выключатель в «Пилоте»).
Первое, что необходимо сделать, это проверить наличие напряжения в розетке и исправность удлинителя типа «Пилот» по свечению клавиши его выключателя. Далее нужно проверить, что шнур питания компьютера надежно вставлен в «Пилот» и системный блок и включен выключатель (при его наличии) на задней стенке системного блока.
Как найти неисправность БП нажимая кнопку «Пуск»
Если питание на компьютер подается, то на следующем шаге нужно глядя на кулер блока питания (виден за решеткой на задней стенке системного блока) нажать кнопку «Пуск» компьютера. Если лопасти кулера, хоть немного сдвинуться, значит, исправны фильтр, предохранитель, диодный мост и конденсаторы левой части структурной схемы, а также самостоятельный маломощный источник питания +5 B_SB.
В некоторых моделях БП кулер находится на плоской стороне и чтобы его увидеть, нужно снять левую боковую стенку системного блока.
Поворот на маленький угол и остановка крыльчатки кулера при нажатии на кнопку «Пуск» свидетельствует о том, что на мгновенье на выходе БП появляются выходные напряжения, после чего срабатывает защита, останавливающая работу БП. Защита настроена таким образом, что если величина тока по одному из выходных напряжений превысит заданный порог, то отключаются все напряжения.
Причиной перегрузки обычно является короткое замыкание в низковольтных цепях самого БП или в одном из блоков компьютера. Короткое замыкание обычно появляется при пробое в полупроводниковых приборах или изоляции в конденсаторах.
Для определения узла, в котором возникло короткое замыкание нужно отсоединить все разъемы БП от блоков компьютера, оставив только подключенные к материнской плате. После чего подключить компьютер к питающей сети и нажать кнопку «Пуск». Если кулер в БП завращался, значит, неисправен один из отключенных узлов. Для определения неисправного узла нужно их последовательно подключать к блоку питания.
Если БП, подключенный только к материнской плате не заработал, следует продолжить поиск неисправности и определить, какое из этих устройств неисправно.
Проверка БП компьютера
измерением величины сопротивления выходных цепей
При ремонте БП некоторые виды его неисправности можно определить путем измерения омметром величины сопротивления между общим проводом GND черного цвета и остальными контактами выходных разъемов.
Перед началом измерений БП должен быть отключен от питающей сети, и все его разъемы отсоединены от узлов системного блока. Мультиметр или тестер нужно включить в режим измерения сопротивления и выбрать предел 200 Ом. Общий провод прибора подключить к контакту разъема, к которому подходит черный провод. Концом второго щупа по очереди прикасаются к контактам, в соответствии с таблицей.
В таблице приведены обобщенные данные, полученные в результате измерения величины сопротивления выходных цепей 20 исправных БП компьютеров разных мощностей, производителей и годов выпуска.
Для возможности подключения БП для проверки без нагрузки внутри блока на некоторых выходах устанавливают нагрузочные резисторы, номинал которых зависит от мощности блока питания и решения производителя. Поэтому измеренное сопротивление может колебаться в большом диапазоне, но не должно быть ниже допустимого.
Если нагрузочный резистор в цепи не установлен, то показания омметра будут изменяться от малой величины до бесконечности. Это связано с зарядкой фильтрующего электролитического конденсатора от омметра и свидетельствует о том, что конденсатор исправный. Если поменять местами щупы, то будет наблюдаться аналогичная картина. Если сопротивление велико и не изменяется, то возможно в обрыве находится конденсатор.
Сопротивление меньше допустимого свидетельствует о наличии короткого замыкания, которое может быть вызвано пробоем изоляции в электролитическом конденсаторе или выпрямляющего диода. Для определения неисправной детали придется вскрыть блок питания и отпаять от схемы один конец фильтрующего дросселя этой цепи. Далее проверить сопротивление до и после дросселя. Если после него, то замыкание в конденсаторе, проводах, между дорожками печатной платы, а если до него, то пробит выпрямительный диод.
Поиск неисправности БП внешним осмотром
Первоначально следует внимательно осмотреть все детали, обратив особое внимание на целостность геометрии электролитических конденсаторов. Как правило, из-за тяжелого температурного режима электролитические конденсаторы, выходят из строя чаще всего. Около 50% отказов блоков питания связано именно с неисправностью конденсаторов. Зачастую вздутие конденсаторов является следствием плохой работы кулера. Смазка подшипников кулера вырабатывается и обороты падают. Эффективность охлаждения деталей блока питания снижается, и они перегреваются. Поэтому при первых признаках неисправности кулера блока питания, обычно появляется дополнительный акустический шум, нужно почистить от пыли и смазать кулер.
Если корпус конденсатора вздулся или видны следы вытекшего электролита, то отказ конденсатора очевиден и его следует заменить исправным. Вздувается конденсатор в случае пробоя изоляции. Но бывает, внешних признаков отказа нет, а уровень пульсаций выходного напряжения большей. В таких случаях конденсатор неисправен по причине отсутствия контакта между его выводом и обкладки внутри него, как говорят, конденсатор в обрыве. Проверить конденсатор на обрыв можно с помощью любого тестера в режиме измерения сопротивления. Технология проверки конденсаторов представлена в статье сайта «Измерение сопротивления».
Далее осматриваются остальные элементы, предохранитель, резисторы и полупроводниковые приборы. В предохранителе внутри вдоль по центру должна проходить тонкая металлическая проволочка, иногда с утолщением в середине. Если проволочки не видно, то, скорее всего она перегорела. Для точной проверки предохранителя нужно его прозвонить омметром. Если предохранитель перегорел, то его нужно заменить новым или отремонтировать. Прежде, чем производить замену, для проверки блока питания можно перегоревший предохранитель не выпаивать из платы, а припаять к его выводам жилку медного провода диаметром 0,18 мм. Если при включении блока питания в сеть проводок не перегорит, то тогда уже есть смысл заменять предохранитель исправным.
Как проверить исправность БП замыканием контактов PG и GND
Если материнскую плату можно проверить только подключив ее к заведомо исправному БП, то блок питания можно проверить отдельно с помощью блока нагрузок или запустить с помощью соединения контактов +5 В PG и GND между собой.
От блока питания на материнскую плату питающие напряжения подаются с помощью 20 или 24 контактного разъема и 4 или 6 контактного. Для надежности разъемы имеют защелки. Для того, чтобы вынуть разъемы из материнской платы нужно пальцем нажать наверх защелки одновременно, прилагая довольно большое усилие, покачивая из стороны в сторону, вытащить ответную часть.
Далее нужно закоротить между собой, отрезком провода, можно и металлической канцелярской скрепкой, два вывода в разъеме, снятой с материнской платы. Провода расположены со стороны защелки. На фотографиях место установки перемычки обозначено желтым цветом.
Если разъем имеет 20 контактов, то соединять между собой нужно вывод 14 (провод зеленого цвета, в некоторых блоках питания может быть серый, POWER ON) и вывод 15 (провод черного цвета, GND).
Если разъем имеет 24 контакта, то соединять между собой нужно вывод 16 (зеленого зеленого, в некоторых блоках питания провод может быть серого цвета, POWER ON) и вывод 17 (черный провод GND).
Если крыльчатка в кулере блока питания завращается, то блок питания АТХ можно считать работоспособным, и, следовательно, причина неработящего компьютера находится в других блоках. Но такая проверка не гарантирует стабильную работу компьютера в целом, так как отклонения выходных напряжений могут быть больше допустимых.
Проверка БП компьютера
измерением напряжений и уровня пульсаций
После ремонта БП или в случае нестабильной работы компьютера для полной уверенности в исправности блока питания, необходимо его подключить к блоку нагрузок и измерять уровень выходных напряжений и размах пульсаций. Отклонение величин напряжений и размахов пульсаций на выходе блока питания не должны превышать значений, приведенных в таблице.
Можно обойтись и без блока нагрузок измеряв напряжение и уровннь пульсаций непосредственно на выводах разъемов БП в работающем компьютере.
При измерении напряжений мультиметром «минусовой» конец щупа подсоединяется к черному проводу (общему), а «плюсовой» к нужным контактам разъема.
Напряжение +5 В SB (Stand-by), фиолетовый провод – вырабатывает встроенный в БП самостоятельный маломощный источник питания выполненный на одном полевом транзисторе и трансформаторе. Это напряжение обеспечивает работу компьютера в дежурном режиме и служит только для запуска БП. Когда компьютер работает, то наличие или отсутствие напряжения +5 В SB роли не играет. Благодаря +5 В SB компьютер можно запустить нажатием кнопки «Пуск» на системном блоке или дистанционно, например, с Блока бесперебойного питания в случае продолжительного отсутствия питающего напряжения 220 В.
Напряжение +5 В PG (Power Good) – появляется на сером проводе БП через 0,1-0,5 секунд в случае его исправности после самотестирования и служит разрешающим сигналом для работы материнской платы.
Напряжение минус 12 В (провод синего цвета) необходимо только для питания интерфейса RS-232, который в современные компьютерах отсутствует. Поэтому в блоках питания последних моделей этого напряжения может не быть.
ydoma.info
Второй вариант лабораторного блока питания из БП ATX — «Электрика» на DRIVE2
Речь пойдёт о технологии переделки компьютерного блока питания (БП) в лабораторный БП.
Три года назад я опубликовал статью «Лабораторный блок питания из БП АТ», к которой читатели проявили огромный интерес! Стоит только сказать, что повторивших этот БП уже более 20 человек! Да не у всех получилось всё сразу, но я отвечал на комментарии к статье, помогая разобраться в проблемах. В итоге радость от работающего БП получили все!
Хочу сказать огромное спасибо моим читателям, что задавали вопросы! Во-первых, мои ответы на комментарии превратились в кладезь знаний для всех! Именно поэтому, я просил писать вопросы в статье, а не в личной переписке. Во-вторых, вы помогли мне усовершенствовать данную конструкцию! Ещё раз всем спасибо, кто задавал вопросы и высказывал предложения по усовершенствованию.
Отдельная благодарность Юрию Вячеславовичу Evergreen747, который наравне со мною помогает отвечать на ваши многочисленные вопросы!
Тот блок питания делался много лет назад (намного раньше, чем была написана первая статья!). К тому же я переделал всего один экземпляр БП AT, и не было возможности набрать статистики по проблемам, которые могут встретиться в других вариантах таких блоков. Вы же мне очень помогли это сделать.
Недостатки первой конструкции лабораторного БП, прежде всего, связаны с отсутствием дежурного источника питания. Это выражается в том, что БП не держит низкое напряжение на выходе при малых токах нагрузки. Типично на холостом ходу выставить напряжение ниже 5…8 В не удаётся. Второе – это неустойчивая работа в режиме стабилизации тока, особенно в момент перехода из режима стабилизации напряжения: появляется пульсация выходного напряжения, иногда сопровождающаяся треском или писком…
Тот блок питания прекрасно подходит для питания мощных потребителей и зарядки аккумуляторных батарей, но для работы с маломощной электроникой, требующей низкого напряжения питания – он немного грубоват. Поэтому я сделал новый блок питания, внеся доработки, а старый перевёл на «постоянную работу» в гараж.
Новый вариант БП
Всё дальнейшее повествование будет основано на том, что вы хорошо изучили первую статью о переделке БП AT – я повторяться не буду, а расскажу лишь о модификациях прежней конструкции с практической стороны на примере создания нового БП. Так что кто не читал – идите по ссылке и изучайте. Первая статья для вас так и должна остаться «библией»!
Итак, разгребая хлам на работе, заинтересовал меня один БП ATX 400W: он не из самых современных, а выполнен на обычной TL494 (то, что нам нужно!), схема защиты – на LM339 (не плохо), у него добротный фильтр по питанию, крупный трансформатор, большая ёмкость конденсаторов в фильтре (470 мкФ 200 В), а также солидные радиаторы – что обещало действительно хорошую выходную мощность. Его я и препарировал!
Новый блок питания
Начал, естественно, с пылесоса… Затем, внимательнее изучил внутренности: выполнен он очень добротно – все входные цепи, выпрямитель сетевого напряжения, конденсаторы фильтра, силовые транзисторы преобразователя (MJE13009) уже стоят «по максимуму», значит умощнять его не придётся.
После включил его, нагрузив цепи +5V и +12V лампочками 12 В 35 Вт (очень удобно использовать миниатюрные галогеновые лампочки для люстр – они без проблем втыкаются прямо в разъёмы Mini-Fit) – работает! За минуту работы с такой нагрузкой при отключенном вентиляторе ничего не нагрелось – отлично.
Далее начал искать его принципиальную схему. Посмотрел основные моменты слаботочной части: хоть в нём и стоят две самые распространённые для БП ATX микросхемы (TL494 и LM339), но схема включения LM339 сильно отличалась (их действительно много вариантов). Защита по мощности через диод от среднего отвода запускающего трансформатора вела как раз к ней, а нам нужно её сохранить! Ничего страшного – начал срисовывать этот кусок схемы с печатной платы. Хуже нет копаться в чужом монтаже…
Срисованный монтаж с платы
Нарисованная принципиальная электрическая схема. К сожалению, не все позиционные номера элементов удалось увидеть на плате. Но роли это не играет
Ага, защита по превышению мощности выполнена на первом компараторе LM339, второй компаратор является триггером (защёлкой) и на него же заведена защита от перенапряжения. Выход защиты заведён на выв. 4 TL494 (что нам и нужно!). На двух оставшихся компараторах сделана индикация Power_Good. Схема включения БП (PS_ON) выполнена на двух транзисторах и также заведена на выв. 4. Удачная схема! Теперь ясно что оставить, а что сохранить:
Полный размер
Красным обведено то, что требуется сохранить. Остальное я выпаял
В данном случае мне повезло: схема защиты по мощности работает через выв. 4 TL494. Но если вы внимательно посмотрите на схему входных цепей защиты, то увидите, что сигнал со среднего вывода запускающего трансформатора через R20 и D22 поступает на два делителя напряжения, и первый из них (на резисторах 47 и 6,2 кОм) заведён также и на выв. 16 TL494, который нам нужно высвободить. В данном случае это грубая «аварийная защита», дублирующая схему на компараторах LM339 и её можно спокойно убирать, выпаяв этот делитель.
Входные цепи схемы защиты по мощности
Второй же делитель (R48–R50), перед входом компаратора (выв. 7 LM339) нужно превратить в регулируемый, для возможности настройки порога срабатывания защиты. Для этого можно заменить постоянный резистор в любом из его плеч на подстроечный с номиналом в 2 раза больше. Я заменил резистор верхнего плеча (47 кОм) на подстроечный 100 кОм.
В схеме защиты от перенапряжения достаточно заменить стабилитрон ZD3, подключенный к цепи +12V на КС522А. Кстати, для проверки работоспособности этой защиты достаточно закоротить стабилитрон пинцетом – БП должен выключиться.
Если в вашем БП схема защиты выполнена с использованием второго компаратора TL494 (выв. 15 и 16), который нам нужно высвободить для петли регулировки тока – то рекомендую собирать самую распространённую и многократно проверенную схему защиты на двух транзисторах. Вот полная схема БП в хорошем разрешении, в котором используется данная схема защиты. А вот, что должно остаться от защиты:
Простая схема защиты от перегрузки на двух транзисторах. Подстроечным резистором 33 кОм выставляется порог срабатывания защиты.
Сигнал берётся от среднего вывода трансформатора T2, через диод D22 и далее по цепочке поступает на базу Q10. А с коллектора Q8 через диод D29 поступает на выв. 4 TL494. Также на базу Q10 заведена защита от перенапряжения с выхода выпрямителя: стабилитрон КС522А и резистор 1-1,5 кОм включенные последовательно.
Что касается выпрямителя и фильтра выходного напряжения, то здесь меня также ждала удача: выпрямитель +12V имел разводку на плате для размещения двух выпрямительных диодных сборок параллельно (зеркально, с каждой стороны радиатора) в корпусе TO-220. В схеме фильтра уже присутствовал второй дроссель (на ферритовом стержне) и имелось достаточное место для установки электролитических конденсаторов взамен штатных. Значит, делаем фильтр на его же месте, в соответствии с рекомендациями в первой статье.
Диодные сборки для выпрямителя подобрал SBR20100CT (20 А, 100 В, корпус TO-220) из имеющихся дома от других компьютерных БП. Установил два корпуса в параллель, как это и позволяла печатная плата.
Дроссель групповой фильтрации я выпаял, и смотал с кольца родные обмотки (обмотка +12V содержала 12 витков). После намотал новую обмотку эмалированным проводом Ø1,0 мм на этом же кольце – 25 витков в два провода, сложенных вместе — всё, как рекомендовано в первой статье. Это, как раз 2 слоя намотки: на внешней стороне кольца витки второго слоя располагаются между витками первого слоя. Мотать рекомендую «от середины» к каждому концу обмотки – так короче концы проводов которые нужно пропускать через кольцо. Провод нужно хорошо натягивать, что бы он плотно прилегал к кольцу.
Хорошо видны элементы выпрямителя. Дроссель выглядит как заводской – это я его обернул самоклеящейся лентой от штатного дросселя…
У меня имеется много конденсаторов с промышленных плат 1500 мкФ 35 В – их я и поставил в фильтр взамен штатных. В принципе, такой ёмкости уже достаточно. Также добавил керамические конденсаторы параллельно им, и установил резистор 100 Ом 2 Вт для устойчивой работы БП бе
www.drive2.ru
как он есть (часть 1)
Прогресс не стоит на месте, в домашнем хозяйстве используется множество электронных приборов и всем им требуется блок питания. В крупных аппаратах его встраивают в корпус устройства, а «мелочь» довольствуется внешним исполнением. Но что-то теряется, что-то перестает удовлетворять требованиям и приходится покупать новые модели. А так ли это необходимо? Можно ли сделать свой блок питания или улучшить старый? Одни из самых востребованных типов БП — те, что встраиваются в усилители низкой частоты. Сам усилитель, особенно начального уровня, собрать не трудно, обычно на все уходит одна-две микросхемы и немного «мелочевки», проблема возникает с блоком питания. Давайте об этом и поговорим.
Подобный блок подразумевает использование низкочастотного трансформатора для получения пониженного напряжения, из которого формируется постоянное выходное напряжение. Типовая топология БП выглядит следующим образом:
Входное напряжение сети 220 вольт через предохранитель FU1 подается на первичную обмотку трансформатора TV1 (выводы 1-2). На его вторичной обмотке (выводы 3-4) наводится переменное напряжение, которое выпрямляется диодным выпрямителем D1, сглаживается конденсатором С1 и подается на выход. Такое построение является типичным, меняются лишь номиналы и количество компонентов, а топология остается прежней.
Рассмотрим назначение элементов схемы.
- Предохранитель FU1 защищает блок питания и сеть 220 вольт от чрезмерного тока. При увеличении тока в цепи выше предельного он разрушается (расплавляется низкоплавкая проволочка) и цепь разрывается.
- Трансформатор TV1 преобразует величину напряжения с первичной стороны во вторичную, при этом обеспечивается гальваническая развязка выхода от сети 220 вольт.
- Диодный выпрямитель D1 выпрямляет переменное напряжение в однополярное пульсирующее.
- Конденсатор С1 сглаживает выходное напряжение.
Теперь подробнее про использование элементов устройства.
Предохранитель защищает устройство в случае возникновения экстренных ситуаций. При перегрузке или коротком замыкании в нагрузке возникает большой ток в первичной обмотке, что может привести к ее перегреву с последующим возгоранием устройства. Кроме того, не исключена вероятность пробоя межслойной изоляции, и фазное напряжение попадет на выход. Лучше уж отключенный БП, чем подобное, поэтому присутствие предохранителя обязательно.
К слову, зачастую элемент защиты монтируют в обмотку трансформатора, что позволяет отключать его при критическом нагревании. К сожалению, такой прием срабатывает только один раз, и восстановить работоспособность трансформатора удается не всегда – предохранитель, в конструктивном исполнении резистора 0.125 Вт, подключен к внешнему концу первичной обмотки и «намотан» вместе с ней под слоем изоляции.
Трансформатор преобразует переменное напряжение в магнитное поле, которое наводит напряжение во вторичной обмотке. Степень понижения (повышения) выходного напряжения, иначе говоря «коэффициент трансформации» зависит от соотношения числа витков в этих обмотках.
Диодный выпрямитель служит для преобразования переменного напряжения (положительной и отрицательной полярности) с вторичной обмотки в однополярную форму.
Выходной конденсатор сглаживает пульсации выходного напряжения. Дело в том, что трансформатор «предоставляет» напряжение той же формы, что и в сети 220 вольт, а именно синусоидальной. К слову, при работе от бесперебойных источников его форма может быть далеко не синусоидальной. Форма выпрямленного напряжения непостоянна во времени, наличествует длительное снижение до нуля вольт, поэтому необходима установка элемента, поддерживающего выходное напряжение постоянной величины, что выполняется на сглаживающем конденсаторе. Рассмотрим происходящие процессы подробнее, на модели блока питания 10 В.
На картинке представлены напряжения, токи вторичных обмоток трансформатора и выходных напряжений для трех вариантов:
1. (красный). Выходной конденсатор отсутствует.
2. (зеленый). Выходной конденсатор присутствует, но его емкости явно недостаточно.
3. (синий). Выходной конденсатор обладает достаточной емкостью.
Форма напряжения на выходной обмотке, в первом приближении, остается синусоидальной для всех трех случаев, но только в первом – обмотки трансформатора намотаны медным проводом, и хотя медь хорошо проводит электрический ток, но ее используется довольно много, а потому сопротивление обмоток весьма чувствительно по величине. Чем больше ток нагрузки, чем она более «импульсная», тем сильнее искажается напряжение на выходе трансформатора.
Посмотрите на форму тока для всех трех вариантов – по мере увеличения емкости сглаживающего конденсатора растет величина тока потребления вторичной обмотки с одновременным его «сужением» в зонах максимума напряжений. Ток нагрузки блока питания 1 ампер, но от вторичной обмотки потребляется 4 А, то есть следует говорить о «пик факторе» четыре. Иначе говоря, в трансформаторном БП пиковый ток выходной обмотки в три-четыре раза больше тока нагрузки, и по мере увеличения емкости сглаживающих конденсаторов он только возрастает, хоть и не так существенно. Это важный момент.
От общего к частному, рассмотрим основные составные части блока питания.
Сетевой трансформатор работает на частоте 50 Гц, что определяет тип магнитопровода – тонкие листы трансформаторного железа. Толщина пластин, или ленты, выбирается из уровня потерь на вихревые токи в железе, так называемые «токи Фуко» — переменное магнитное поле наводит напряжение в любом металлическом предмете, не только в обмотках, но и в самом магнитопроводе. Для уменьшения потерь применяют тонкие листы с лакокрасочным покрытием для изоляции между слоями. Впрочем, не будем самостоятельно выпиливать сердечник трансформатора из цельного куска железа.
По конструктивному исполнению трансформаторы делятся на тороидальные, стержневые и броневые.
Внешне они выглядят следующим образом:
Тороидальный трансформатор. Это конструктивное исполнение самое простое – обмотки наматываются на кольце из ленты трансформаторного железа, никаких специальных каркасов не требуется. Кроме того, у такого решения самое эффективное использование поверхности магнитопровода, что означает низкое рассеивание магнитного поля и снижение потерь в меди обмоток. Отсутствие каркаса приближает провод к сердечнику, диаметр витка уменьшается, что снижает общую длину провода, то есть его сопротивление.
Броневой трансформатор гораздо технологичнее тороидального – применяется один каркас для намотки обмоток, сам процесс изготовления не вызывает каких-либо технических трудностей, не требует весьма специфического оборудования, свойственного тороидальным трансформаторам. Увы, на этом его достоинства заканчиваются и начинаются недостатки – относительно низкий коэффициент использования магнитопровода, сильно ограниченное место для обмоток, плохое рассеивание тепла.
Стержневой трансформатор занимает среднее положение между тороидальным и броневым – от последнего он «взял» каркас для обмоток, а от первого – улучшенное использование поверхности магнитопровода. Да и по техническим свойствам данный тип расположен посредине между тороидальным и броневым вариантами. Из особенностей его исполнения отмечу то, что количество обмоток на трансформаторе удвоено. А именно, на каждом стержне присутствует первичная (сетевая) и вторичная обмотка (их может быть несколько).
При подключении такого трансформатора надо проявлять максимальную аккуратность – всегда можно спутать начало-конец обмоток, что может окончиться весьма печально. У меня были случаи, когда в партии советских трансформаторов некоторое их количество обладало «перевернутыми» обмотками. Как легко понять, это привело к необходимости «ручной настройки» серийной продукции, регулировщики были счастливы.
От исполнения перейдем к электрическим характеристикам. В домашних условиях мало кто возьмется изготавливать подобное самостоятельно – намотка сетевой обмотки тороидального трансформатора крайне утомительна, а другие исполнения требуют каркас, который хоть и облегчает работу, но все же является проблемой. Чаще всего подбирают подходящий трансформатор, удаляют с него вторичные обмотки и наматывают свои, с нужным числом витков. Такое решение довольно легко реализуется – достаточно узнать количество вольт на виток и намотать свои обмотки.
Методика переделки:
1. Определить первичную обмотку (или обмотки) трансформатора.
2. Удалить вторичные обмотки.
3. Намотать на трансформаторе тестовую обмотку с известным числом витков (например, сто), диаметр провода роли не играет.
4. Подключить его к сети 220 вольт и померить напряжение на временной обмотке.
Зная напряжение на тестовой обмотке и то, которое необходимо получить, нетрудно вычислить нужное количество витков. После удаления вторичных обмоток на каркасе освободилось место, вот исходя из этого и количества витков, можно вычислить диаметр провода для вторичной. Только не забудьте два момента – если выходных обмоток несколько, то надо их все уместить на свободном пространстве каркаса. И не следует забывать о слое изоляции поверх первичной – пробой фазы на вторичную обмотку хотелось бы получить меньше всего. Впрочем, вернемся к теме.
При рассмотрении схемы замещения трансформатора следует учитывать два фактора – сопротивление первичной и вторичной обмоток, а также величину индуктивности первичной обмотки. Дело в том, что трансформатор представляет собой дроссель, который подключен к источнику переменного напряжения довольно низкой частоты. Это означает, что через первичную обмотку протекает ток даже при отсутствии нагрузки на выходе.
Возьмем конкретный пример и оценим вклад каждого параметра. Скажем, трансформатор настольной лампы — 12 вольт, 20 Вт. Измерения показали следующие характеристики трансформатора:
- Сопротивление первичной обмотки 144 Ом;
- Сопротивление вторичной обмотки 0.7 Ом;
- Индуктивность первичной обмотки 5.2 Гн;
- Выходное напряжение холостого хода 13.8 В.
Представим его в эквивалентном виде:
Резисторы R1 и R2 показывают сопротивление первичной и вторичной обмотки, L1 – индуктивность первичной стороны. «А»-«B» и «C»-«D» — «внешние» выводы обмоток.
Рассмотрим два варианта работы трансформатора – без нагрузки и с подключенной лампой накаливания.
На холостом ходу вторичная обмотка никуда не подключена, но через первичную обмотку течет некоторый ток, который определяется конечной индуктивностью первичной обмотки. Величина тока определяется из импеданса обмотки на частоте сети (50 Гц) и напряжения сети (220 В). Импеданс индуктивности считается по обычной формуле:
Z=2*PI*L*F
Где:
- PI = 3.14.
- L – индуктивность катушки, Гн.
- F – частота, Гц.
Для данного примера это составит 2*3.14*5.2*50=1.63 КОм. При напряжении в сети 220 вольт через обмотку будет протекать ток 220 В/ 1.63 кОм=135 мА. Обратите внимание, ток будет течь всегда, подключена ли нагрузка к трансформатору или нет. Это создает реактивный ток в проводах, но не считается за потребляемую мощность… по крайней мере счетчик электроэнергии его не должен учитывать. Увы, негативные последствия подобного тока все же присутствуют – он протекает через первичную обмотку с конечным сопротивлением, что наводит в ней чисто активную мощность потерь:
P = I*I*R = 0.135*0.135*144 = 2.6 Вт.
Вот эта мощность уже активная и вызывает вполне ощутимое последствие – трансформатор немного нагревается, даже при отключенной нагрузке (выключенной лампочке).
Фильтрация помех
Трансформатор довольно неплохо изолирует выходную обмотку от помех в сети, особенно в высокочастотной части звукового диапазона и выше. «Довольно неплохо», но никак не «хорошо» — у него существует конструктивно-технологическое ограничение, мешающее получению высокой степени изоляции. А именно – обмотки очень протяженные как по поверхности магнитопровода, так и по области их взаимного соприкосновения.
Особенно неудачно обстоят дела у тороидального варианта исполнения – межслойный экран сделать крайне сложно и не технологично, обмотки наматываются одна поверх другой с небольшим количеством слоев, что означает очень большую поверхность соприкосновения. У «стержневого» и «броневого» трансформатора с этим лучше – жесткий каркас намотки лишен искривлений и позволяет использовать экраны, да и поверхность соприкосновения обмоток менее «тороидального» варианта. Одна беда – полноценные экраны в трансформаторах встречаются довольно редко. Подчас экран вроде бы и есть, но выполнен он «одним слоем тонкого провода», что может выполнять свою функцию только на очень низких частотах.
Существует еще один способ получения высокой степени подавления помех – разнести первичную и вторичную обмотки по разные стороны магнитопровода, полностью исключив передачу помехи через емкость между обмотками. Кроме устранения емкостной связи такой способ позволяет фильтровать помехи за счет невысокой предельной рабочей частоты магнитопровода. Трансформаторное железо плохо пропускает переменное поле средней – высокой частоты, что положительно сказывается на уровне помех на вторичной стороне.
Увы, для этого трансформатор должен быть намотан специальным образом, что в серийном производстве для бытовых нужд не встречается. Для такого исполнения в «тороидальном» трансформаторе первичная и вторичная обмотки должны находиться в противоположных сторонах кольца без взаимного контакта. В «стержневом» – сетевые обмотки необходимо разместить на одном стержне, вторичные на другом. По конструктивным причинам разнесение обмоток в броневом трансформаторе выполнить сложнее, да и эффект от его применения проявится слабее – слишком компактное размещение не позволяет исключить емкостную связь между обмотками.
Трансформатор «для светильников» лишен каких-либо элементов ёмкостной изоляции обмоток, ведь они не только повышают его стоимость, но и снижают технические характеристики, поскольку возрастает индуктивность рассеивания между первичной и вторичной обмотками. Последнее в свою очередь приводит к увеличению выходного сопротивления. Но не все так плохо, и обычный трансформатор эффективно устраняет помехи средне-высокочастотного диапазона. Даже проникнув через межобмоточную емкостную связь на вторичную сторону, помеха встретит на пути проникновения как индуктивность катушки до её выводов, так и сглаживающий конденсатор довольно большой емкости.
С вторичной обмотки трансформатора поступает переменное напряжение, но для питания аппаратуры требуется постоянное, поэтому блок питания должен быть со схемой выпрямления. Обычно она выполняется на полупроводниковых диодах, синхронные выпрямители применяются крайне редко – сопротивление потерь трансформатора больше, чем теряется на p-n переходе диодов и смысл усложнения схемы отсутствует. В трансформаторном блоке питания чаще всего применяются два схемных решения – мост или полумост с удвоенным количеством обмоток.
Мост
Данное схемное решение означает применение четырех диодов:
Диоды открываются парами, D1 — D3 для положительной полуволны и D2 – D4 для отрицательной, в результате на выходе получается напряжение одной полярности, хоть и с непостоянной амплитудой.
Для сглаживания выходного напряжения применяется конденсатор довольно большой емкости (С1).
Полумост
Такое построение выпрямительного узла несколько напоминает «мост», но у него в два раза меньше диодов и удвоено количество выходных обмоток трансформатора:
Что сразу бросается в глаза – две вторичные обмотки вместо одной. На элементы в сером прямоугольнике пока не обращайте внимания. Выходные обмотки (выводы «3»-«5» и «1»-«4») включены в противофазе, напряжение на выводе «3» равно напряжению на выводе «4», но противоположно по знаку. Иначе говоря, когда на одной обмотке «+», то на другой «-».
Принцип работы схемы примерно такой же, как у ранее рассмотренной – при положительной полуволне «+» формируется на выводе «3», открывается диод D1 и на выход следует положительное напряжение. При отрицательной полуволне на выводе «3» получается «-», а на выводе «4» становится «+», диод D2 открывается и на выходе также получается положительное напряжение. В такой схеме используются всего лишь два диода, что должно (бы) уменьшить потери на выпрямительном узле и получить более стабильное выходное напряжение.
Увы, это далеко не так, применение подобного решения для получения одного напряжения неизбежно проиграет «мосту» — при удваивании числа обмоток их внутреннее сопротивление возрастает (примерно в два раза), что приведет к большим потерям, чем еще один p-n переход в мостовом выпрямителе. Подробнее вопрос будет рассмотрен в разделе расчета блока питания. Запомните главное – крайне не рекомендуется использовать полумостовой выпрямитель в трансформаторных блоках питания. Какой же смысл, зачем в разделе вообще идет речь о такой конструкции выпрямительного узла, если он проигрывает «мосту»?
Все просто – на «мосте» можно получить только одно напряжение и всё, а «полумост» способен предоставить как положительное, так и отрицательное напряжение, всё с тех же обмоток. Посмотрите еще раз на схему, в «сером» прямоугольнике изображены элементы, необходимые для получения отрицательного напряжения, причем той же величины, что и положительного. Эта часть работает точно так же, как и рассмотренная ранее, только диоды проводят в противоположной полярности и на выходе формируется отрицательное напряжение.
Небольшой вывод – если аппаратура требует однополярное выходное напряжение, то необходимо применять мостовую схему выпрямления, а если двухполярное – сдвоенную полумостовую. Кстати, если посмотреть на схему внимательнее, то окажется, что двойной полумост представляет собой мост, который работает с удвоенным напряжением, при этом две выходные обмотки трансформатора выполняют роль симметрирующего элемента для деления выходного напряжения на две равные «половинки».
Трансформаторный блок питания состоит из трех ключевых элементов – самого трансформатора, который понижает напряжение до нужной величины, выпрямительного узла, формирующего однополярное напряжение и, третьего обязательного элемента устройства – сглаживающего конденсатора. Смысл его существования в снижении пульсаций напряжения после выпрямительного узла.
В сети 220 вольт, от которой должен работать БП, представляет собой переменное напряжение синусоидальной формы частотой 50 Гц. Проблема в том, что синусоида довольно значительную часть периода обладает небольшим напряжением, вплоть до нуля, а аппаратура требует жесткого удержания выходного напряжения в заданных рамках, поэтому прямое подключение к выпрямительному узлу без дополнительных фильтрующих средств невозможно – пульсации будут слишком большие и работоспособность устройства нарушится.
Для устранения проблемы после диодного выпрямителя требуется установить элемент, который бы запасал энергию при высоком уровне синусоидального напряжения и отдавал ее на выход при снижении уровня синусоиды. Этого можно добиться применением конденсаторов достаточно большой емкости. На рисунке, приведенном ранее, указаны формы напряжения для различной емкости сглаживающего конденсатора – чем она выше, тем больше выходное напряжение похоже на прямую линию, то есть уровень пульсаций уменьшается. Выбор параметров сглаживающих конденсаторов будет произведен в следующем разделе.
Рассмотрев элементы, используемые в трансформаторном БП, перейдем к конкретным, практическим решениям. Теория суха и трудна в освоении, поэтому лучше что-то сделать своими руками, так проще.
Есть трансформатор с измеренными параметрами, можно собрать на нём блок питания с вполне утилитарным применением – источник питания усилителя низкой частоты. Для такого применения чаще всего используется однополярное питание с напряжением 12 вольт. Типичные микросхемы усилителей — TDA2005 (22 Вт), TDA1554Q (2*22 Вт), TDA7385 (4*30 Вт), TDA7386 (4*45 Вт) и другие. Габаритная мощность трансформатора вряд ли превышает 20 Вт, было бы излишне оптимистично пытаться запитать от него усилитель мощнее 20 Вт, ограничим ассортимент первой микросхемой из списка, TDA2005. Впрочем, вместо нее можно применить любую другую, и более мощную – только не удастся получить полную отдачу на все каналы, а так работать будет.
Микросхема выбрана, начнем по порядку.
overclockers.ru
ПРОСТОЙ БЛОК ПИТАНИЯ ИЗ ATX
С чего начинается Родина… То есть я хотел сказать с чего начинается любое радиоэлектронное устройство, будь то сигнализация или ламповый усилитель — конечно с источника питания. И чем значительнее ток потребления девайса, тем мощнее требуется трансформатор в его БП. Но если приборы изготавливаем часто, то никаких запасов трансформаторов нам не хватит. А если ходить покупать на радиобазаре то учтите, что в последнее время стоимость такого трансформатора превысила все разумные пределы — за средний стоваттник требуют около 10уе!
А тут как раз на счастье, сгорел старый системник на работе. Но блок питания ATX ещё рабочий. Вот и приткнём его для магнитолы. Хотя по паспорту автомагнитолы и ихние усилители питаются напряжением 12В, но мы то знаем, что гораздо мощнее она будет звучать если подать на неё 15-17В. По крайней мере за всю мою историю ещё ни один ресивер не сгорел от лишних 5-ти вольт.
Так как в имеющемся БП ATX напряжение 12-ти вольтовой шины было всего чуть больше 10В (может потому и не работал системник? Поздно.), будем поднимать его изменением управляющего напряжения на 2-м выводе TL494. Принципиальную схему компьютерного блока питания смотрите тут.
Проще говоря поменяем резистор или вообще впаяем его на дорожки другого номинала. Ставлю два килоома и вот 10,5В превращаются в 17. Надо меньше? — Увеличиваем сопротивление. Стартуется компьютерный блок питания замыканием зелёного провода на любой чёрный.
Так как места в корпусе будущего музыкального центра не много — вытаскиваем плату импульсного блока питания ATX из родного корпуса (коробочка пригодится для моего будущего проекта), и тем самым уменьшаем габариты БП в два раза. И не забываем перепаять конденсатор фильтра в БП на более высокое напряжение, а то мало ли что…
А кулер? — Спросит внимательный и сообразительный радиолюбитель. Он нам не нужен. Эксперименты показали, что при токе 5А 17В в течении часа работы магнитолы на максимальной громкости (за соседей не беспокойтесь — два резистора 4 Ома 25 ватт), радиатор диодов был немного тёплый, а транзисторов — почти холодный. Так что нагрузку до 100 ватт такой БП ATX будет держать без проблем.
Форум по блокам питания
Обсудить статью ПРОСТОЙ БЛОК ПИТАНИЯ ИЗ ATX
radioskot.ru
ATX БЛОК ПИТАНИЯ — СХЕМА
ATX БЛОК ПИТАНИЯ, СХЕМА
С каждым днём всё более популярны среди радиолюбителей компьютерные блоки питания ATX. При относительно небольшой цене, они представляют собой мощный, компактный источник напряжения 5 и 12 В 250 – 500 ватт. БП ATX можно использовать и в зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов, и в лабораторных блоках питания, и в сварочных инверторах, и ещё массу применений можно найти для них при определённой фантазии. Причём если схема БП ATX и подвергается переделке, то минимальной.
Схемотехника этих блоков питания примерно одинакова практически у всех производителей. Небольшое отличие касается лишь БП AT и ATX. Главное различие между ними заключается в том, что БП в AT не поддерживает программно стандарт расширенного управления питанием. Отключить данный БП можно, лишь прекратив подачу напряжение на его вход, а в блоках питания формата ATX есть возможность программного отключения сигналом управления с материнской платы. Как правило плата ATX имеет большие размеры чем AT и вытянута по вертикали.
В любом компьютерном БП, напряжение +12 В предназначено для питания двигателей дисковых накопителей. Источник питания по этой цепи должен обеспечивать большой выходной ток, особенно в компьютерах с множеством отсеков для дисководов. Это напряжение также подается на вентиляторы. Они потребляют ток до 0.3 А, но в новых компьютерах это значение ниже 0.1 А. Питание +5 вольт подаётся на все узлы компьютера, поэтому имеет очень большую мощность и ток, до 20 А, а напряжение +3.3 вольта предназначено исключительно для запитки процессора. Зная что современные многоядерные процессоры имеют мощность до 150 ватт, нетрудно подсчитать ток этой цепи: 100 ватт/3.3 вольт=30 А! Отрицательные напряжения -5 и -12 В раз в десять слабее основных плюсовых, поэтому там стоят простые 2-х амперные диоды без радиаторов.
В задачи БП входит и приостановка функционирования системы до тех пор, пока величина входного напряжения не достигнет значения, достаточного для нормальной работы. 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. Если этот сигнал не поступил, компьютер работать не будет.
Сигнал Power Good можно использовать для сброса вручную если подать его на микросхему тактового генератора. При заземлении сигнальной цепи Power Good, генерация тактовых сигналов прекращается и процессор останавливается. После размыкания переключателя вырабатывается кратковременный сигнал начальной установки процессора и разрешается нормальное прохождение сигнала — выполняется аппаратная перезагрузка компьютера. В компьютерных БП типа ATX, предусмотрен сигнал, называемый PS ON, он может использоваться программой для отключения источника питания.
Здесь можно скачать сборник схем компьютерных блоков питания, а тут очень полезная книга по описанию, видам и принципу действия БП AT и ATX. Для проверки работоспособности блока питания, следует нагрузить БП лампами для автомобильных фар и замерять все выходные напряжения тестером. Если напряжения в пределах нормы. Также стоит проверить изменение выдаваемое БП напряжение с изменением нагрузки.
Работа этих блоков питания очень стабильна и надёжна, но в случае сгорания, чаще всего выходят из строя мощные транзисторы, низкоомные резисторы, выпрямительные диоды на радиаторе, варисторы, трансформатор и предохранитель.
ФОРУМ по компьютерным БП Схемы блоков питания
elwo.ru
Страничка эмбеддера » Лабораторный блок питания из ATX БП
Я немного увлекся гальванопластикой (про это еще расскажу), и для нее мне понадобился новый блок питания. Требования к нему примерно такие – 10А выходного тока при максимальном напряжении порядка 5В. Конечно-же, взгляд сразу упал на кучу ненужных компьютерных блоков питания.
Конечно, идея переделать компьютерный блок питания в лабораторный не нова. В интернетах я нашел несколько конструкций, но решил, что еще одна – не помешает. В процессе переделки, я сделал просто дофига ошибок, поэтому, если решитесь сделать и себе такой блок питания, учитывайте их, и у вас получится лучше!
Внимание! Несмотря на то, что складывается впечатление, что этот проект — для новичков, ничего подобного – проект довольно сложный! Имейте ввиду.
Конструкция
Мощность того блока питания, который я вытащил из-под кровати – 250Вт. Если я сделаю БП 5В/10А, то пропадает драгоценная моща! Не дело! Подымем напряжение до 25В, может сгодится, к примеру, для зарядки аккумуляторов – там нужно напряжение порядка 15В.
Для дальнейших действий нужно сначала найти схему на исходный блок. В принципе, все схемы БП известны и гуглятся. Что именно нужно гуглить – написано на плате.
Мне мою схему подкинул друг. Вот она. (Откроется в новом окне)
Да-да, нам придется лазить во всех этих кишках. В этом нам поможет даташит на TL494
Итак, первое, что нам нужно сделать – проверить, какое максимальное напряжение может выдать блок питания по шинам +12 и +5 вольт. Для этого удаляем предусмотрительно помещенную производителем перемычку обратной связи.
Резисторы R49-R51 подтянут плюсовой вход компаратора к земле. И, вуаля, у нас на выходе – максимальное напряжение.
Пытаемся стартовать блок питания. Ага, без компьютера не стартует. Дело в том, что его нужно включить, соединив вывод PS_ON с землей. PS_ON обычно подписан на плате, и он нам еще понадобится, поэтому не будем его вырезать. А вот непонятную схему на Q10, Q9 и Q8 отключим – она использует выходные напряжение и, после их вырезания не даст нашему БП запуститься. Мягкий старт у нас будет работать на резисторах R59, R60 и конденсаторе C28.
Итак, бп запустился. Появились выходные максимальные напряжения.
Внимание! Выходные напряжения – больше тех, на которые рассчитаны выходные конденсаторы, и, поэтому, конденсаторы могут взорваться. Я хотел поменять конденсаторы, поэтому мне их было не жалко, а вот глаза не поменяешь. Аккуратно!
Итак, подучилось по +12В – 24В, а по +5В – 9.6В. Похоже, запас по напряжению ровно в 2 раза. Ну и прекрасно! Ограничим выходное напряжение нашего БП на уровне 20В, а выходной ток – на уровне 10А. Таким образом, получаем максимум 200Вт мощи.
С параметрами, вроде бы, определились.
Теперь нужно сделать управляющую электронику. Жестяной корпус БП меня не удовлетворил(и, как оказалось, зря) – он так и норовит поцарапать что-то, да еще и соединен с землей (это помешает мерить ток дешевыми операционниками).
В качестве корпуса, я выбрал Z-2W, конторы Maszczyk
Я измерил излучаемый блоком питания шум – он оказался вполне небольшим, так что, вполне можно использовать пластиковый корпус.
После корпуса я сел за Corel Draw и прикинул, как должна выглядеть передняя панель:
Электроника
Я решил разбить электронику на две части – фальш-панель и управляющая электроника. Причина для такого разбиения – банально не хватило места на лицевой панели, чтобы вместить еще и управляющую электронику.
В качестве основного источника питания для своей электроники я выбрал standby источник. Было замечено, что если его хорошенько нагрузить, то он перестает пищать, поэтому идеальными оказались 7-сегментные индикаторы — и блок питания подгрузят и напряжение с током покажут.
Фальш-панель:
На ней индикаторы, потенциометры, светодиод. Для того, чтобы не тащить кучу проводов к 7-сегментникам, я использовал сдвиговые регистры 74AC164. Почему AC, а не HC ? У HC максимальный суммарный ток всех ножек – 50мА, а у AC – по 25мА на каждую ножку. Ток индикаторов я выбрал 20мА, тоесть 74HC164 точно бы не хватило по току.
Управляющая электроника – тут все слегка посложнее.
В процессе составления схемы, я конкретно налажал, за что и поплатился кучей перемычек на плате. Вам-же предоставляется исправленная схема.
Если кратко, то – U1A – диф. усилитель тока. При максимальном тока, на выходе получается 2.56В, что совпадает с опорным у АЦП контроллера.
U1B – собственно токовый компаратор – если ток превышает порог, заданный резисторами, tl494 “затыкается”
U2A – индикатор того, что БП работает в режиме ограничения тока.
U2B – компаратор напряжения.
U3A, U3B – повторители с переменников. Дело в том, что переменники относительно высокоомные, да еще и сопротивление их меняется. Это значительно усложнит компенсацию обратной связи. А вот если их привести к одному сопротивлению, то все становится значительно проще.
С контроллером все понятно – это банальная атмега8, да еще и в дипе, которая лежала в загашнике. Прошивка относительно простая, и сделана между паяниями левой лапой. Но, нем не менее, рабочая.
Контроллер работает на 8МГц от RC генератора (нужно поставить соответствующие фюзы)
По хорошему, измерение тока нужно перенести на “высокую сторону”, тогда можно будет мереть напряжение непосредственно на нагрузке. В этой схеме при больших токах в измеренном напряжении будет ошибка до 200мВ. Я слажал и каюсь. Надеюсь, вы не повторите моих ошибок.
Переделка выходной части
Выбрасываем все лишнее. Схема получается такой (кликабельно):
Синфазный дроссель я немного переделал – соединил последовательно обмотку которая для 12В и две обмотки для 5в, в итоге получилось около 100мкГн, что дофига. Еще я заменил конденсатор тремя включенными параллельно 1000мкФ/25В
После модификации, выход выглядит так:
Настройка
Запускаем. Офигиваем от количества шума!
300мВ! Пачки, похоже на возбуждение обратной связи. Тормозим ОС до предела, пачки не исчезают. Значит, дело не в ОС
Долго тыкавшись, я нашел, что причина такого шума – провод! О_о Простой двужильный двухметровый провод! Если подключить осциллограф до него, или включить конденсатор прямо на щуп осциллографа, пульсации уменьшаются до 20мВ ! Это явление я толком не могу объяснить. Может, кто-то из вас, поделится? Теперь, понятно что делать – в питающейся схеме должен быть конденсатор, и конденсатор нужно повесить непосредственно на клеммы БП.
Кстати, насчет Y – конденсаторов. Китайцы сэкономили на них и не поставили. Итак, выходное напряжение без Y-конденсаторов
А теперь – с Y конденсатором:
Лучше? Несомненно! Более того, после установки Y – конденсаторов сразу-же перестал глючить измеритель тока!
Еще я поставил X2 – конденсатор, чтобы хоть как-то поменьше хлама в сети было. К сожалению, похожего синфазного дросселя у меня нет, но как только найду – сразу поставлю.
Обратная связь.
Про нее я написал отдельную статейку, читайте
Охлаждение
Вот тут пришлось повозиться! После нескольких секунд под полной нагрузкой вопрос о необходимости активного охлаждения был снят. Больше всех грелась выходная диодная сборка.
В сборке стоят обычные диоды, я думал заменить их диодами Шоттки. Но обратное напряжение на этих диодах оказалось порядка 100 вольт, а как известно, высоковольтные диоды шоттки не намного лучше обычных диодов.
Поэтому, пришлось прикрутить кучу дополнительных радиаторов (сколько влезло) и организовать активное охлаждение.
Откуда брать питание для вентилятора? Вот и я долго думал, но таки придумал. tl494 питается от источника напряжением 25В. Берем его (с перемычки J3 на схеме) и понижаем стабилизатором 7812.
Для продуваемости пришлось вырезать крышку под 120мм вентилятор, и прицепить соответствующую решетку, а сам вентилятор поставить на 80мм. Единственное место, где это можно было сделать – это верхняя крышка, а поэтому конструкция получилась очень плохая – с верху может упасть какая-то металлическая хрень и замкнуть внутренние цепи блока питания. Ставлю себе 2 балла. Не стоило уходить от корпуса блока питания! Не повторяйте моих ошибок!
Вентилятор никак не крепится. Его просто прижимает верхняя крышка. Так вот хорошо с размерами я попал.
Результаты
Итог. Итак, этот блок питания работает уже неделю, и можно сказать, что он довольно надежен. К моему удивлению, он очень слабо излучает, и это хорошо!
Потроха:
Я попытался описать подводные камни, на которые сам нарвался. Надеюсь, вы не повторите их! Удачи!
bsvi.ru
