Схемотехника блоков питания – Устройство компьютерных блоков питания и методика их тестирования

Схемотехника блоков питания персональных компьютеров. Часть 5.

Выходные выпрямители

Предыдущие статьи цикла "Схемотехника блоков питания персональных компьютеров":

Здесь мы поговорим о выходных выпрямителях блоков питания персональных компьютеров.

В блоках питания форм-фактора АТ используются четыре вторичных напряжения: +5V, -5V, +12V, -12V рассчитанные на разные токи нагрузки. Выпрямители выполняются только по двухполупериодным схемам со средней точкой, а «мостовые» схемы из-за больших потерь, как правило, не используют. О типах выпрямителей переменного тока можно почитать здесь.

Использование двухполупериодной схемы выпрямления привело к тому, что в выпрямителях +5V и +12V стали применятся сдвоенные диоды с общим катодом.

Сдвоенный диод - это два полупроводниковых диода, выполненных в одном общем корпусе. Один из трёх выводов такого диода является общим. Могут быть объёдинены выводы катодов, анодов, а также анода одного диода и катода другого.

В выпрямителях -5V и -12V обычно используются отдельные, дискретные маломощные диоды, так как потребление по шине питания -5V и -12V мало. В исколючительных случаях в них могут применяться маломощные сдвоенные диоды с общим анодом. На практике же это редкость.

Вот фото показаны выпрямительные диоды, которые демонтированы с печатной платы вместе с радиатором. Как видим диоды крепятся к радиатору через изоляционную прокладку.

Самый "здоровый" сдвоенный диод, расположенный в центре (SBL3040PT) используется в выпрямителе +5V. Диод SBL3040PT - это сдвоенный диод Шоттки. Он рассчитан на прямой ток до 15 ампер (один диод) и обратное напряжение до 40 вольт.

Рядом установлен диод F12C20C. Он используется в выпрямителе +12V. Этот диод выдерживает прямой ток до 6 ампер (один диод) и обратное напряжение до 200 вольт. В отличие от SBL3040PT, диод F12C20C - это обычный (не Шоттки) быстродействующий выпрямительный диод с общим катодом.

Также на радиаторе закреплён полевой MOSFET-транзистор 40N03P. Внешне он очень похож на сдвоенный диод. Этот транзистор используется в импульсных блоках питания формата ATX.

Основная особенность всех вторичных источников в импульсных блоках питания это сглаживающие фильтры, которые начинаются с дросселей, а уже потом стоят конденсаторы.

Только в фильтрах, начинающихся с дросселя, напряжение на выходе зависит и от амплитуды и от скважности поступающих на вход импульсов. Поэтому изменяя скважность легко регулировать выходное напряжение.

Скважность - внесистемная единица выражающая отношение длительности импульса к периоду повторения. Процесс изменения скважности называется ШИМ – широтно-импульсная модуляция. (англ. PWM – Pulse Width Modulation).

Далее обратимся к схеме. На рисунке изображена схема выходных выпрямителей импульсного блока типания ПК. Трансформатор T2 - это высокочастотный понижающий силовой трансформатор, речь о котором уже заходила во второй части. У него имеется несколько вторичных обмоток с которых снимается пониженное переменное напряжение.

На схеме можно заметить, что в цепях всех выпрямителей присутствует дроссель с обозначением L1.

1, L1.2, L1.3, L1.4. Если обратится к схеме, то можно подумать, что это отдельные дроссели. Но на самом деле это четыре дросселя, наматанных на одном общем кольцевом магнитопроводе. Обмотки дросселей электрически не связаны, но вот магнитное поле у них общее. И это неспроста.

За счёт такого приёма обеспечивается так называемая групповая стабилизация выходных напряжений. За счёт общего магнитного поля в дросселе L1 удаётся стабилизировать сразу все выходные напряжения. Если дроссель L1 выпаять из схемы и замерить выходные напряжения, то можно убедиться в том, что они начинают заметно "гулять". Вот так выглядит дроссель L1 с общим колцевым магнитопроводом на печатной плате.

Или вот так.

Далее в фильтрах стоят электролитические конденсаторы С4 - С8 ёмкостью от 330 мкф до 2200 мкф. Рабочее напряжение электролитов, как правило, зависит от того, в каком из выпрямителей установлен конденсатор (в +5V и -5V - на 10...16 вольт, а в +12V и -12V - на 16...25 вольт). Резисторы R4 - R7 создают небольшую начальную нагрузку для правильной работы выпрямителя с индуктивным фильтром. Они же служат для разряда электролитических конденсаторов после выключения импульсного блока питания.

Как уже отмечалось, в качестве диодов вторичных источников часто используют диоды Шоттки. Они обладают малым падением напряжения в прямом направлении и быстрым временем восстановления, но низкое обратное напряжение не позволяют использовать положительные качества этих диодов в полном объёме. Поскольку схемы вторичных источников питания сложности не представляют, ремонт сводится к замене электролитических конденсаторов и диодов выпрямителей.

Есть определённые сложности, связанные с диагностикой диодов Шоттки. У них есть очень нехорошее явление, как "утечка". Если проверить диод, то он окажется исправным, но после некоторого времени нормальной работы, вследствие разогрева он начинает "плыть". При малейшем подозрении на исправность такого диода не стоит зря тратить время, а есть смысл просто заменить его на заведомо исправный.

Вообще с ремонтом компьютерных блоков питания связаны некоторые трудности. Отдельные фирмы просто не хотят допустить постороннего внутрь своей техники. Есть блоки, завёрнутые на специальные болты, которые не отвернуть без особого инструмента, а корпуса отдельных типов блоков питания просто наглухо заклёпаны и мастеру приходится эти заклёпки просто высверливать.

Производители как бы намекают: не надо ремонтировать блок питания. Купите и поставьте новый блок.

Продолжение следует...

Назад

Главная &raquo Мастерская &raquo Текущая страница

 

go-radio.ru

Схемотехника блоков питания персональных компьютеров. Часть 4.

Промежуточный каскад

Здесь будет рассказано о промежуточном каскаде усиления импульсного блока питания персонального компьютера.

Другие части цикла "Схемотехника блоков питания персональных компьютеров":

Промежуточный каскад выполняет функцию усилителя импульсов, поступающих от ШИМ-контроллера (TL494CN), для последующей подачи их на мощные транзисторы инвертора.

В некоторых схемах дополнительные транзисторы не используются, а транзисторы, входящие в состав микросхемы TL494CN работают на первичные обмотки импульсных трансформаторов. Есть вариант с одним трансформатором и двумя вторичными обмотками.

Или с двумя трансформаторами, когда на каждый транзистор отдельный трансформатор.

По мнению специалистов, промежуточный каскад с двумя трансформаторами можно считать неудачным из-за накопления энергии в магнитопроводах и уменьшению индуктивности, что влечёт за собой увеличение размеров трансформаторов. На практике же чаще встречаются промежуточные каскады, выполненные на базе одного трансформатора с двумя вторичными обмотками.

Если мощности встроенных транзисторов не достаточно для управления выходным каскадом применяют схему с дополнительными транзисторами. Например, вот такую.

Половины первичной обмотки трансформатора Т1 являются нагрузками коллекторов транзисторов VT1 и VT2. Они открываются поочерёдно поступающими с микросхемы импульсами. В каждый момент времени один транзистор открыт, другой закрыт. Резистор R5 ограничивает коллекторный ток до 15 – 20 мА.

В качестве транзисторов VT1, VT2 обычно используются маломощные биполярные транзисторы 2SC945.

НазадДалее

Главная &raquo Мастерская &raquo Текущая страница

 

go-radio.ru

Схемы блоков питания


Зарядное устройство для велосипедов - самодельный USB-адаптер для зарядки и питания мобильных гаджетов.

10.08.2019 Читали: 61


Схема принципиальная электронного гиратора - транзисторного аналога дросселя.

25.07.2019 Читали: 911


Самодельный стабилизированный источник питания 0-30 В 0,002-3 на базе ОУ, с токовой защитой и цифровой индикацией.

03.05.2019 Читали: 4058


Преобразователь с напряжения 9 / 12 В до высокого 300 В (под вакуумные индикаторы) на мощность 20 Вт без использования трансформатора - схема принципиальная и фото самодельного устройства.

25.03.2019 Читали: 2821



Снижение расхода топлива в авто

Ремонт зарядного 6-12 В

Солнечная министанция

Самодельный ламповый

Фонарики Police

Генератор ВЧ и НЧ

elwo.ru

Схемотехника блоков питания персональных компьютеров. Часть 3.

Узел управления

Первые две статьи цикла "Схемотехника блоков питания персональных компьютеров":

Узел управления импульсного блока питания выполняет много важных функций.

  • Во-первых, формирование прямоугольных импульсов с их последующим усилением для управления мощными транзисторами высокочастотного преобразователя.

  • Во-вторых, стабилизация выходных напряжений.

"Сердцем" узела управления является ШИМ-контроллер TL494CN. Аналогами этой микросхемы являются DBL494, KIA494AP, KA7500, MB3759, IR3MO2 и наша отечественная КР1114ЕУ4.

Узел управления состоит из, собственно, микросхемы с небольшим количеством дискретных элементов и промежуточного каскада, задачей которого, является усиление импульсов сформированных микроконтроллером до величины достаточной для управления мощными транзисторами высокочастотного преобразователя. Далее на рисунке показана внутренняя структура микросхемы TL494CN.

В состав микросхемы входит задающий генератор пилообразного напряжения G1. Элементы C3 и R8 задают частоту следования импульсов. Затем импульсы поступают на инвертирующие входы схем сравнения (компараторов)

А3 и А4.

Выходы компараторов объединяются на логический элемент 2ИЛИ (D1), то есть импульс на выходе элемента появится при наличии импульса на любом из входов. Далее импульсы поступают на счётный вход (С) триггера D2. Каждый приходящий импульс изменяет состояние триггера на противоположное. Далее через логический элемент 2И (D3, D4) импульсы приходят на логический элемент 2ИЛИ-НЕ (D5, D6). Благодаря конфигурации схемы импульсы появляются поочерёдно на выходах элементов D5 и D6, а, следовательно, и на базах транзисторов V3 и V4, что и требуется для работы двухтактной схемы.

Если высокочастотный преобразователь выполнен по однотактной схеме, то 13 вывод микросхемы соединяют с корпусом и импульсы на выходах D5 и D6 появляются одновременно.

Схема сравнения А1 представляет собой формирователь-усилитель сигнала ошибки в схеме стабилизации выходного напряжения. +5V через делитель из резисторов R1,R2 поступает на один из входов. На другой вход (вывод 2) через регулируемый делитель подаётся эталонное напряжение, которое вырабатывает встроенный в микросхему стабилизатор

А5.

Выходное напряжение А1 пропорционально разности входных напряжений. Оно задаёт порог срабатывания компаратора А4, то есть скважность импульсов на его выходе. Величина выходного напряжения вторичных источников питания зависит от скважности импульсов. В результате получается замкнутая в кольцо система автоматического сравнения и регулирования выходного напряжения. Компаратор А3 предназначен для формирования паузы между импульсами на выходе элемента 2ИЛИ (D1).

Минимальный порог срабатывания компаратора А3 задан источником напряжения GV1. Если напряжение на выводе 4 микросхемы растёт, длительность паузы так же увеличивается, а максимальное выходное напряжение источника питания уменьшается. Поскольку амплитуда импульсов на входах всех выпрямителей изменяется одинаково, стабилизация с помощью широтно-импульсной модуляции любого из выходных напряжений, стабилизирует и все остальные. В данном случае стабилизируемым напряжением является +5V.

Следует отметить, что определение и точная локализация неисправности ШИМ-контроллера, это самая сложная процедура при ремонте импульсного блока питания своими силами. Для этого необходим лабораторный источник питания и главное двухлучевой или двухканальный осциллограф. И если после проверки всех элементов блока питания, что в принципе не сложно, блок всё же «плывёт», то лучше заменить микросхему TL494CN на заведомо исправную, тем более что стоимость её весьма невысока.

НазадДалее

Главная &raquo Мастерская &raquo Текущая страница

 

go-radio.ru

принцип работы, принципиальная схема и проверка его работоспособности

Сегодня комплектующие для десктопного ПК устаревают очень быстро. Единственным исключением является блок питания (БП). Конструкция этого устройства не претерпела серьезных изменений за последние 15 лет, когда на рынке появились БП форм-фактора ATX. Принцип работы и принципиальная схема блока питания для компьютера мало чем отличаются у всех производителей.

Структура и принцип работы

Типовая схема компьютерного блока питания стандарта ATX показана ниже. По своей конструкции это классический БП импульсного типа, основанный на ШИМ-контроллере TL 494. Сигнал к началу работы этого элемента поступает с материнской платы. До формирования управляющего импульса активным остается лишь источник дежурного питания, выдающий напряжение в 5 В.

Выпрямитель и ШИМ-контроллер

Чтобы было проще разобраться с устройством блока питания компьютера и принципом его работы, нужно рассмотреть отдельные структурные элементы. Начать стоит с сетевого выпрямителя.

Основная задача этого блока заключается в преобразовании переменного сетевого электротока в постоянный, который необходим для функционирования ШИМ-контроллера, а также дежурного источника питания. В состав блока входит несколько основных деталей:

  • Предохранитель F1 – необходим для защиты БП от перегрузки.
  • Терморезистор – он расположен в магистрали «нейтраль» и призван снижать скачки электротока, возникающие в момент включения ПК.
  • Фильтр помех – в его состав входят дроссели L1 и L2, конденсаторы C1- C4, а также Tr1, имеющие встречную обмотку. Этот фильтр позволяет подавлять помехи, неизбежно возникающие при работе импульсного БП, могут негативно воздействовать на работу теле- и радиоаппаратуры.
  • Диодный мостик – находится сразу за фильтром помех и позволяет преобразовать переменный электроток в постоянный пульсирующий. Для сглаживания пульсаций предусмотрен емкостно-индукционный фильтр.

На выходе из сетевого выпрямителя напряжение присутствует до того момента, пока БП не будет отключен от розетки. При этом ток поступает на дежурный источник питания и ШИМ-контроллер. Именно первый структурный элемент схемы представлен на рисунке.

​Он представляет собой преобразователь малой мощности импульсного типа. В его основе лежит транзистор Т11, задачей которого является генерация питающих импульсов для микросхемы 7805.

После транзистора ток сначала проходит через разделительный трансформатор и выпрямитель, основанный на диоде D 24. Используемая в этом БП микросхема обладает одним довольно серьезным недостатком – высоким падением напряжения, что при больших нагрузках может вызвать перегрев элемента.

Основой любого преобразователя импульсного типа является ШИМ-контроллер. В рассматриваемом примере он реализован с помощью микросхемы TL 494. Основная задача модуля ШИМ (широтно-импульсная модуляция) заключается в изменении длительности импульсов напряжении при сохранении их амплитуды и частоты. Полученное выходное напряжение на импульсном преобразователе стабилизируется с помощью настройки длительности импульсов, которые генерирует ШИМ-контроллер.

Выходные каскады преобразователя

Именно на этот элемент конструкции ложится основная нагрузка. Это приводит к серьезному нагреву коммутирующих транзисторов Т2 и Т4. По этой причине они установлены на массивные радиаторы. Однако пассивное охлаждение не всегда позволяет справляться с сильным тепловыделением, все БП оснащены кулером. Схема выходного каскада изображена на рисунке.

Перед выходным каскадом расположена цепь включения БП, основанная на транзисторе Т9. При пуске блока питания на этот элемент конструкции напряжение в 5 В подается через сопротивление R 8. Это происходит после формирования сигнала к пуску ПК на материнской плате. Если возникли проблемы с работой источника дежурного питания, то БП может после пуска сразу отключиться.

Сейчас все производители используют практически аналогичные схемы блоков питания компьютеров. Вносимые ими изменения не оказывают серьезного влияния на принцип работы устройства.

Распиновка главного коннектора

Сначала БП форм-фактора ATX для соединения с системной платой оснащались разъемом на 20 пин. Однако совершенствование вычислительной техники привело к необходимости использовать дополнительно еще 4 контакта. Современные блоки питания могут оснащаться 24-пиновым разъемом в одном корпусе или иметь 20+4 пин. Все контакты коннекторов стандартизованы и вот основные из них:

  • +3,3 В – питание материнской платы и центрального процессора.
  • +5 В – напряжение необходимо для работы некоторых узлов системной платы, винчестеров и внешних устройств, подключенных к портам USB.
  • +12 В – управляемое напряжение, используемое HDD и кулерами.
  • -5 В – начиная с версии ATX 1.3 не используется.
  • -12 В – сегодня применяется крайне редко.
  • Ground – масса.

Распределение нагрузки и возможные неисправности

Напряжение, выдаваемое источником питания, предназначено для различных нагрузок. Таким образом, в зависимости от конфигурации конкретного ПК, потребление энергии в каждой цепи источника питания может меняться. Именно поэтому в технических характеристиках БП указывается не только общая мощность устройства, но и максимальное потребление электротока для каждого типа выходного напряжения.

При апгрейде «железа» ПК следует помнить об этом факте. Например, установка мощного современного видеоускорителя приводит к резкому повышению нагрузки в цепи 12 В. Чтобы ПК работал корректно, возможно потребуется и замена блока питания. Чаще всего неполадки с работой БП связаны со старением элементов его конструкции либо существенным недостатком мощности.

Не стоит забывать и о том, что перегрев выходного каскада может быть связан с накоплением большого количества пыли внутри блока питания. Электролитические конденсаторы, установленные в сетевом выпрямителе и выходных каскадах, больше других деталей склонны к старению.

В первую очередь это касается продукции малоизвестных брендов, использующих дешевые комплектующие. По сути, именно элементная база и качество деталей отличает хорошие устройства от дешевых. Провести ремонт БП самостоятельно может только человек, имеющий определенный набор знаний в области электроники. Однако современные устройства, изготовленные известными брендами, отличаются высокой надежностью. При соблюдении правил обслуживания ПК, проблемы с ними возникают очень редко.

220v.guru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о