Интернет журныл о промышленности в Украине

Майже все про блоки живлення

  1. Майже все про блоки живлення

Майже все про блоки живлення


Hydrogen

Отже, після численних питань і непорозумінь, я вирішив якось спробувати пояснити якомога докладніше принцип роботи, конструкцію і вимоги до роботи блоків живлення (БП). Зрозуміло, частина статті буде не зрозуміла багатьом через використання термінів стосуються електроніки, але все ж це не безвихідь, ви можете задати питання на нашому форумі, на які ми вам постараємося якомога більше дохідливо відповісти ...

Почнемо з дуже простого пояснення.

Принципи роботи і призначення блоків живлення

Блок живлення це перетворювач електричної енергії надходить з мережі змінного струму в енергію, яка призначена для живлення всієї апаратної частини персонального комп'ютера (ПК). Стандартне вхідний харчування (мережа) це 220В 50Гц (або, як, наприклад, в Японії 120В 60Гц). Виходи постійного струму в +5, +12 В і +3,3 +3,3 і +5 В використовуються для харчування всіх мікросхем і електроніки, +12 використовуються для живлення електродвигунів, як мотори в CD / DVD приводах або жорстких дисках, також від + 12В харчуються вентилятори. Зрозуміло все електродвигуни або будь-який електронний компонент потребує стабільного харчуванні, також є оптимальні значення напруг, це +/- 0.5В відхилення від нормальних. Підвищуючи (наприклад) 3.3В на 3.8В компонент, який живиться з даного джерела понесе величезну перевантаження, а також може прийти в непридатність.

Отже, розберемо кожен канал харчування окремо.

Харчування +12 В в основному (як сказано вище) призначене для живлення електродвигунів, дане джерело повинен забезпечувати великий вихідний струм, особливо в комп'ютерах з великою кількістю приводів і жорстких дисків. Також вентилятори споживають енергію з даного джерела. Споживання вентилятора становить від 100 до 250мА (міліампер). На даний момент це значення нижче, від 50 до 100мА. БП працює в переривчастому режимі, тобто якщо напруга виходить за штатні межі, він "пригальмовує" до нормалізації. У більшості блоків живлення, перед отриманням дозволу на запуск системи проходить внутрішня перевірка і тестування вихідної напруги. Після завершення самотестування, на материнську плату надсилається сигнал "Power_Good" (в перекладі "Харчування в Нормі"). Якщо сигнал не надходить, материнська плата відмовить у запуску. Також існує проблема нестабільності зовнішньої мережі (лінія 220В або 120В), вона може виявитися нижче або вище, що призводить до перегріву БП. Якщо напруги виходять з норми, сигнал Power_Good пропадає, і це призводить до примусового виключення системи. Бувають випадки, коли при запуску ПК вентилятори реагують, а сам ПК НЕ подає ознак життя. Це відбувається, коли сигнал Power_Good не надходить, але блок живлення за неправильно виконаної захисної схемою починає подачу енергії. Правильно виконана схема вже на материнській платі повинна відмовитися від старту системи, тому що жорсткі диски і інші приводи не мають даної схеми і можуть дуже швидко згоріти.

Даний метод захисту був розроблений компанією IBM. Вони передбачили факт того, що далеко не всі мають UPS і стабілізатори, а мережа "в розетках" безжально скаче якщо ваш сусід вирішив включити зварювальний апарат щоб зварити решітку на балконі :-). Температура дуже сильно впливає на стабільність роботи. Знаючи що вихідні діоди це напівпровідники (напівпровідник, як і будь-який інший матеріал, змінює свій опір току при зміні температури) крім того, що вони стають резисторами, вони ще й перестають встигати "закриватися", що призводить до моментального згорянню БП і бувають випадки коли і ПК теж, але про це ми поговоримо докладніше пізніше ...

Повернемося до сигналу Power_Good: даний сигнал використовується для ручного скидання. Він подається на мікросхему тактового генератора, ця мікросхема управляє формуванням тактових імпульсів і виробляє сигнал початкової перевантаження. Якщо сигнальну ланцюг Power_Good заземлити, то генерація тактових сигналів припиниться і процесор зупиниться, після розмикання виробляється короткочасний сигнал початкової установки процесора і дозволяється проходження сигналу Power_Good для виконання апаратне перезавантаження ПК.

Системи блоків живлення АТХ мають властивість виключення програмними засобами, наприклад сучасні системи Windows або Linux мають підтримку управління живленням (APM - advanced power managment). При виборі команди "вимкнути" або "halt" або інших, дана функція автоматично відключає джерело живлення. Старі системи АТ не мали даної функції і виводилося повідомлення про те, що можна вимкнути комп'ютер.

Детальніше про сигнал Power_Good

Сигнал має напругу +5 В (може гуляти від 4 до 6). Виробляється, як уже сказано вище, після самоперевірки. Розрив між ОК всієї системи і подачі сигналу десь 0.1-0.5 секунд. Вступник сигнал йде безпосередньо до тактового генератора, який формує сигнал для початкової установки процесора. Якщо сигнал Power_Good відсутня, тактовий генератор постійно буде подавати сигнал скидання на процесор, щоб він не зміг почати працювати на зашкаленних рівнях харчування. Як тільки надходить сигнал, функція скидання відключається і виконується ініціалізація програми записаної в BIOS (rom) за адресою ffff 0000

У хороших, правильних БП сигнал Power_Good надходить тільки після того, як харчування у всіх каналах нормалізується, звичайні, дешеві, можуть почати подачу сигналу, навіть якщо тест ще не пройдений. Тут стОит згадати материнську плату Soyo Ultra Dragon Platinum КТ333 яка Ініціалізувати з затримкою 3-4 секунди, це що ні на є, ідеально виконана система захисту. Материнська плата має чіп на вході харчування, який не дозволить почати працювати компонентів до тих пір, поки показники напруги не повернуться до нормальних. Найчастіше на блоках харчування даної самоперевірки взагалі немає, просто ставлять один вихід +5 на провід, де повинен йти Power_Good сигнал. Буває що після заміни материнської плати, комп'ютер починає безжально "глючити", це пояснюється тим, що деякі мат плати більш чутливі до подачі живлення.

Питання про харчування (потужності) і їх параметрах

Насправді, потужність блоку живлення в 300 Вт, більш ніж достатньо для десктоп комп'ютера, але є один невеликий нюанс: якість блоків живлення призводить до занадто великим стрибків напруги, при використанні блоку живлення хоча б більш ніж на 50%! A тепер я заглиблюючись в нетрі, а точніше в елементарні поняття електроніки і поясню "як і чому".

Блоки живлення для комп'ютера мають одну хустці, а не величезний трансформатор, який інколи доводилося катати на візку :-). Як це змогли зробити? Рішення цього було геніальне: винахід "імпульсного блоку живлення" ...

Тепер, я поясню принцип роботи трансформатора з візком і імпульсного. Трансформатор працює за принципом індукції, тобто є 2 обмотки: одна вхідна (припустимо 220В 50Гц) і друга на вихідну напругу. Щоб між обмотками все ж спрацював "фізичний закон індукції", обмотки повинні мати загальний стрижень, а точніше сердечник, який є збором безлічі сталевих пластинок формою "Е" і "I", це і є провідник між обмотками. Потужний трансформатор (з виходом допустимо на 12В і 300Вт (300/12 = 25А)) може перевалити за 10-15 Кг, плюс до цього, знадобиться трансформатор на 5 і 3.3 вольт, що буде ще десь 5 кг ...

Все це було, і старі комп'ютери "ВЦ" працювали на трансформаторах займають величезний простір ... Але компанії повинні були придумати щось нове, щоб користувачі могли носити свій ПК на руках, а не на возі ... Тут і прийшов час торкнутися імпульсні блоки харчування, які раніше просто-напросто не могли бути реалізовані за браком технології ...

Чого нам треба від блоків живлення?

Та власне не так вже й багато ...

1. Давати стабільну напругу на виходах (в разі комп'ютера 12, 5 і 3.3 вольт).
2. Мати хорушую систему поділу лінії 220В і вашого ПК (саме погані системи призводять до кіптяви на платах - природно вже придатних тільки для підвішування на стіну на пам'ять).

Трохи на перший погляд? Все просто, поки не копаєш глибше ... Давайте розглянемо базову схему роботи БП (а точніше, всі етапи які проходить струм для його перетворення).

На виході не абсолютно постійна напруга, а постійне / переривчасте (тобто йде з заданої напруги в певному ранзі. Наприклад, 12В може гуляти на 0.5В максимум - ідеальний варіант, але, природно, по ряду причин, які поясню далі, гуляє напруга сильніше).

Знову хочеться нагадати, що багато блоки живлення "вивалюють" за штатні значення на 2 Вольта і це при навантаженні всього на 60% номіналу! Це може призводити до незрозумілих перевантажень "ні з того, ні з сього" або зависань посеред відповідальної роботи ... Що можуть сказати люди при цьому? "ВіндоZе маст дай" або "Білл Гейтс Ка3ел", хоча ні одне, ні інше цьому не причина. Хочеться дати невелику пораду з поведінки: перш ніж судити щось або просто сказати "атцтой", перевірте, ви дійсно праві? Може це проблема hardware? Як кажуть "7 разів відміряй, потім відріж" так само і тут: "сім разів перевір, потім суди" (вибачте за відхилення від теми :))

Деякі ознаки, за якими можна дізнатися, справжній це китаєць з заводу "Thermaltake" або це фабрика "Нид фо Чайниз андерграунд 2"

Один з найважливіших моментів стабілізації в блоці живлення - це трансформатор / дросель який повинен бути "в компанії" конденсаторів-фільтрів.


все ок, ніяких претензій



немає фільтрів



"Фул Чайниз андерграунд" - немає ні фільтрів, ні дроселя (ось це гірше Фредді Крюгера, тому що може вбити не тільки вночі уві сні, а коли завгодно). Як видно, все зашунтувати


Ось цікавий приклад, коли, знову ж таки, не винен Білл Гейтс: старі холодильники робилися з моторами-монстрами, які через багато-багато років роботи стали створювати перешкоди, а до всього іншого, стартовий конденсатор вже майже непридатний ... При включенні "цього істоти "в мережі відбувається перебудова, а блок живлення без фільтрів і дроселя просто дасть" викид "на виході, і звичайно ж люди не стануть звалювати провину на холодильних" Сибір ", який за словами бабусі працює краще всяких там" Whirpool "і" Daewoo ". Як завжди крайнім буде Білл Гейтс ...

Силовий трансформатор. Чим він більший - тим краще (більше запас по струмів насичення).

Нормальний трансформатор повинен бути близько 4-5 см заввишки, а "Чайніз андерграунд" бувають і по 2 см ...

Як і в раніше пояснення випадку (відсутність дроселя) бувають і більш серйозні ситуації: дроселі вихідних фільтрів і варисторів на їх виходах.

Вхідні високовольтні накопичувальні конденсатори

За формулою, напруга на конденсаторах за пів періоду вхідної частоти падає на величину, яка визначається ємністю конденсатора і потужністю навантаження. Падіння на конденсаторах 470 микрофарад на блоці живлення в 200ватт (реальних) складе близько 30В, а на "Чайніз андерграунд" з 330 микрофарад падіння може становити близько 60-70В ... Пояснювати думаю не треба, зрозуміло яка різниця між ними (величезна - одним словом).

Про діодах "клапанах": наприклад, діоди які стоять на випрямлячах струму потужні, але вони повільні (у діодів і транзисторів є швидкість відкриття і закриття при певному проходить струмі, тобто діоди працюють на більш ніж 20А і при цьому повинні відкриватися і закриватся з великою частотою, дуже складні і дорогі. В першу чергу вони стійкі на температуру ...). Часто дешeвие блоки живлення мають два діоди "жорстко спаяних" один з одним і підвішених на аллюміневий радіатор. Що це означає? Що тепло вони можуть віддавати тільки по лапок, товщиною в 2 мм. Ці бідолахи зашкалюють за максимальну температуру і починають "пахнути" і часто не просто згорають, а ще й "забирають з собою в могилу абсолютно все", тому що можуть залишитися відкритими і наповнити конденсатор позаштатними напруженнями, яке їсть наш комп'ютер і вірно вмирає ... Це все сумно, але це одна з багатьох причин "горіння БП". У дорогих БП, ці діоди залиті в силіконовий корпус, який сам теплопровідний, а діоди (напівпровідниковий з'єднання) монтовані на металеву пластину, яка спирається на теплопровідних гумку і все це прикріплення до радіатора. Такі блоки практично ніколи не горять від перегріву діодів, тому що крім цього, ці діоди ідентичності за всіма характеристиками, а "спаяні" можуть і відрізнятися, створюючи таким чином додаткове навантаження на самих себе і на їх транзистори контролери ...

Тепер, маючи схему того "як працює ця тваринка" можна зрозуміти, чому я говорив про збої напруги на виході. Вимірявши осциллографом вихідний струм, можна побачити що він майже рівний без навантаження, а підключивши один жорсткий диск в 1Гб вже отримаємо скачки в 300мВ, підключивши пару 20Гб дисків, можна побачити і +/- 1В, а якщо ще й всю мережу комп'ютера харчуються з 12В , можна побачити більш ніж 2В скачки. При таких режимах роботи, комп'ютер буде глючити, виснути і приходити в непридатність в дуже короткі терміни ... Потужні блоки живлення (<400Вт) мають той самий злитий блок двох діодів, що вже служить знаком надійності, плюс до всього діоди швидше і могутніше, як і всі транзистори, що гарантує більш стабільну напругу на виході.

У хороших блоків живлення крім усього іншого, є хороша ізоляція і витік струму не більше 500мкА. Це важливо якщо у вас мережа 220В не має хорошого заземлення.

Трохи критеріїв, які потрібно знати при виборі блоку живлення

1. MTFB (mean time before failure - приблизний час до першої неполадки) або MTTF (mean time to failure - те ж саме що і попереднє), зазвичай це мінімум 100 тисяч годин.
2. Діапазон зміни вхідного напруги при збереженні стабільної роботи блоку живлення. Для 110В хороший блок живлення повинен витримати від 90 до 130, для 220В - 180 до 270.
3. Піковий струм при включенні. Це значення струму, що проходить по системі в момент ініціалізації блоку живлення. Чим менше, тим краще, тому що блок живлення не несе такої великої тепловий удар.
4. Час (в мс - миллисекундах) утримання вихідної напруги в межах точно заданих значень після відключення вхідного (20 мс - добрий, 10-15 мс - зашибісь) :)
5. У блоку живлення є один недолік: він підлаштовується під поглинається струм, наприклад система поглинає практично постійне кількість енергії, але є момент, коли SCSI 10000 rpm диск (що поглинає багато) вимикає двигун для переходу в режим "засипання" і блок живлення , повинен встигнути знизити частоти "наповнення" конденсатора. До того як він це зробить, БП робить викид виробленої енергії. Час на "роздум" даного параметра вимірюється в мікросекундах. Останнім часом ця проблема майже не існує, тому що технологія контролю поглинання / генерація досить просунулася.
6. У хороших БП є схема захисту вихідних напруг (в основному вішається на клей до радіаторів, тому що не є частиною плати БП). Просто-напросто наявність даної схеми - це вже добре, а якщо вона ще й точна і робоча, так це взагалі ідеально :). Значення її повинні бути "відключення при перевищенні 1/5 напруги", тобто для 5В - 6В це критичне напруження. При Зашкалювання, лінія 5В примусово відключається.
7. Потужність на виходах БП на кожному каналі. Параметр означає максимальну суму Ампер яку здатний згенерувати БП без загрози пошкодження.
8. Стабілізація напруги при зміні навантаження від "хв" до "мах" - схоже з пунктом 5.
9. Ставлення поглинання від мережі / вироблення на виході (ККД). Значення, що показує кількість енергії яка перетворюється в тепло під час перетворення струму. Вимірюється в%. Чим більше значення ефективності, тим краще (точніше вироблення блоку живлення і менше тепла в корпусі).
10. Ripple, або реакція на шум. Практично одне і теж що і 5, тільки реакція на скачки на вході блоку живлення.

Ремонт блоків живлення

НЕ ЧІПАЙТЕ ЇХ! Вони не настільки дорогі, щоб ризикувати вашим життям або цілим комп'ютером (щодо що дорожче - кожному своє :)). Як ви помітили, імпульсні блоки живлення мають купу контролів, безліч точних компонентів, які вимагають наявність осцилографа і хорошого тестера для їх перевірки. Час, витрачений на ремонт БП дуже велике, а зламався блок живлення завжди залишиться зламався, навіть якщо ви його полагодите, тому що зламався він тому, що він низькоякісний. А в низькоякісних деталях є "приховані" неполадки, простежити які, дуже складно ...

Деякі проблеми блоків живлення

a) не працює вузол стабіллізаціі:
- неіспpавна мікросхема IC-1;
- вийшли з ладу діоди D14, D15; тpанзістоpи Q3, Q4;
- обpив ланцюга обpатной зв'язку, по якій пеpедается сигнал +5 В, пpіходящій на pезістоpи R13, R25;
- обpив в ланцюзі живильної мікросхем IC-1;
- обpив в пеpвичного обмотках Т2, або обpив в ланцюзі R15, D9.

б) сpаботать захист:
- пpобой будь-якого з конденсатоp вихідного фильтpа; потpогать pукой конденсатоp - той, якому гріється, той і пpобілся (потік), тоді сpаботать захист по струму;
- пpобой одного з діодів вихідних випpямітелей;
- наявність або виникнення коpоткозамкнутих витків в обмотках тpансфоpматоpа Т4.

Ну от і все. Начебто все зрозуміло, якщо є питання / рекомендації, буду радий відповісти в розділі нашого форуму " Залізо
»Блоки живлення, джерела безперебійного живлення (ІБП), мережеві фільтри
"

15.07.05

читати ще по темі Як це змогли зробити?
Чого нам треба від блоків живлення?
Трохи на перший погляд?
Що можуть сказати люди при цьому?
Хочеться дати невелику пораду з поведінки: перш ніж судити щось або просто сказати "атцтой", перевірте, ви дійсно праві?
Може це проблема hardware?
Що це означає?