|
Статья основана на 12-летнем опыте ремонта и обслуживания компьютеров и их блоков питания. Стабильная и надежная работа компьютера зависит от качества и свойств его комплектующих. С процессором, памятью, материнкой более-менее все понятно – чем больше мегагерц, гигабайт и т. д., тем лучше. А чем отличаются блоки питания за 15 $ и за, скажем, 60 $ ? Те же напряжения, та же мощность на этикетке – зачем платить больше? В результате приобретается блок питания с корпусом за 25-35 $ Себестоимость же блока питания в нем с учетом доставки из Китая, растаможки и перепродажи 2-3 посредниками, составляет всего 5-7 $ !!! В результате компьютер может глючить, зависать, перезагружаться ни с того ни с сего. Стабильность работы компьютерной сети также зависит от качества блоков питания компьютеров, ее составляющих. При работе с блоком бесперебойного питания, и в момент переключения его на внутреннюю батарею, перезагружаться. Но самое страшное, если в результате выхода из строя, такой блок питания похоронит еще пол-компьютера включая жесткий диск. Восстановление информации с жестких дисков, сожженных блоком питания, нередко превышает стоимость самого жесткого диска в 3-5 раз… Объясняется все просто – так, как качество блоков питания сложно сходу проконтролировать, особенно если они продаются внутри корпусов, то это повод для китайского дядюшки Ли сэкономить за счет качества и надежности – за наш счет. А делается все чрезвычайно просто – наклейкой новых бирок с большей заявленной мощностью на старые блоки питания. Мощность на наклейках из года в год все больше и больше, а начинка блоков все та же. Этим грешат Codegen, JNC, Sunny, Ultra, разные «no name». Рис. 1 Типичный китайский дешевый блок питания ATX. Доработка целесообразна. Факт: новый блок питания Codegen 300W нагрузили на сбалансированную нагрузку 200 Вт. Через 4 минуты работы задымились его провода, ведущие к разъёму ATX. При этом наблюдался разбаланс выходных напряжений: по источнику +5В – 4, 82В, по +12В – 13,2В. Чем конструктивно отличается хороший блок питания от тех «no name», что обычно покупаются? Даже не вскрывая крышку, как правило, можно заметить разницу в весе и толщине проводов. За редким исключением хороший блок питания тяжелее. Но главные отличия внутри. На плате дорогого блока питания все детали на месте, достаточно плотный монтаж, основной трансформатор приличных размеров. В отличие от него, дешевый кажется полупустым. Вместо дросселей вторичных фильтров — перемычки, часть фильтрующих конденсаторов не запаяна вообще, сетевой фильтр отсутствует, трансформатор малых размеров, вторичные выпрямители тоже, либо выполнены на дискретных диодах. Наличие корректора фактора мощности вообще не предусмотрено. Зачем нужен сетевой фильтр? Во время своей работы любой импульсный блок питания наводит высокочастотные пульсации как по входной (питающей) линии, так и по каждой из выходных. Компьютерная электроника весьма чувствительна к этим пульсациям, поэтому даже самый дешевый блок питания использует пусть упрощенные, минимально достаточные, но все же фильтры выходных напряжений. На сетевых фильтрах обычно экономят, что является причиной выброса в осветительную сеть и в эфир достаточно мощных радиочастотных помех. На что это влияет и к чему это приводит? В первую очередь это «необъяснимые» сбои в работе компьютерных сетей, коммуникаций. Появление дополнительных шумов и помех на радиоприемниках и телевизорах, особенно при приеме на комнатную антенну. Это может вызывать сбои в работе другой высокоточной измерительной аппаратуры, находящейся рядом, или включенной в ту же фазу сети. Факт: чтобы исключить влияние разных приборов друг на друга, вся медицинская техника проходит жесткий контроль на предмет электромагнитной совместимости. Хирургическая установка на базе персонального компьютера, которая всегда с успехом проходила эту проверку с большим запасом по характеристикам, оказалась забракованной по причине превышения предельно допустимого уровня помех в 65 раз. А там всего то в процессе ремонта был заменен блок питания компьютера на приобретенный в местном магазине. Еще факт: медицинский лабораторный анализатор со встроенным персональным компьютером вышел из строя – в результате броска сгорел штатный блок питания ATX. Чтобы проверить, не сгорело ли еще что, на место сгоревшего подключили первый попавшийся китаец (оказался JNC-LC250). Нам так и не удалось запустить этот анализатор, хотя все напряжения, выдаваемые новым блоком питания и измеренные мультиметром, были в норме. Хорошо догадались снять и подключить блок питания ATX от другого мед прибора (тоже на базе компьютера). Наилучший с точки зрения надежности вариант – изначально приобретение и использование качественного блока питания. Но что делать, если денег в обрез? Если голова и руки на месте, то неплохие результаты можно получить уже доработкой дешевых Китайцев. Они – люди экономные и предусмотрительные – спроектировали печатные платы по критерию максимальной универсальности, т. е. таким образом, чтобы в зависимости от количества установленных комплектующих можно было бы варьировать качеством и, соответственно, ценой. Другими словами, если мы установим те детали, на которых производитель сэкономил, и еще кое – что поменяем – получим неплохой блок средней ценовой категории. Конечно, это не сравнить с дорогими экземплярами, где топология печатных плат и схемотехника изначально рассчитывалась для получения хорошего качества, как и все детали. Но для среднестатистического домашнего компьютера вполне приемлемый вариант. Итак, какой блок подойдет? Критерий первоначального отбора – величина самого большого ферритового трансформатора. Если он имеет бирку, на которой вначале идут цифры 33 или больше и имеет размеры 3х3х3 см или больше – имеет смысл возиться. В противном случае приемлемого баланса напряжений +5В и +12В при изменении нагрузки добиться не удастся, и кроме того трансформатор будет сильно греется, что значительно снизит надежность. Дальше доработка, состоящая из следующих этапов:
Таким образом, вложив в модернизацию дешевого блока питания ATX 6-10$, можно получить неплохой БП для домашнего компьютера. Блоки питания боятся нагрева, который приводит к выходу из строя полупроводников и электролитических конденсаторов. Усугубляется это тем, что воздух проходит через компьютерный блок питания уже предварительно нагретый элементами системного блока. Рекомендую вовремя чистить блок питания от пыли изнутри и за одно проверять, нет ли вздутых электролитов внутри. Рис. 6 Вышедшие из строя электролитические конденсаторы — вздувшиеся верхушки корпусов.Внимание — бракованные конденсаторы CapXon! Электролитические конденсаторы фирмы CapXon серии LZ 105 oC (устанавливаемые в материнские платы и компьютерные блоки питания), пролежавшие в отапливаемом жилом помещении от 1 до 6-ти месяцев вздулись, из некоторых выступил электролит (рис. 7). Электролиты в употреблении не были, находились на хранении, как и остальные детали мастерской. Измеренное эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) оказалось в среднем на 2 порядка! выше предельного для этой серии. Рис. 7 Бракованные электролитические конденсаторы CapXon — вздувшиеся верхушки корпусов и завышенное эквивалентное последовательное сопротивление (ESR).Интересное замечание: вероятно ввиду низкого качества конденсаторы CapXon не встречаются в аппаратуре высокой надежности: блоках питания серверов, роутеров, медицинской аппаратуры и т. д. Исходя из этого в нашей мастерской в поступающей аппаратуре с электролитами CapXon поступают как с заведомо неисправными — сразу меняют на другие.
|
переделка под усилитель низкой частоты (часть 2) (страница 3)
Компьютерный блок питания обеспечивает множество выходных напряжений и обязан контролировать их нахождение в заданных рамках. При чрезмерно заниженном или завышенном напряжении должна срабатывать защита и отключать блок питания. В рассматриваемом БП нет такого «зверинца» (он другой) и попытка включения приведет к немедленному выключению – в схеме отсутствуют напряжения +5 В и 3.3 В. Вообще-то, их можно было и сохранить, но это бы уменьшило место, которого и так не хватает. Что ж, придется обманывать контроллер и симулировать недостающие напряжения.
В блоке питания FSP ATX-300GTF управляющей микросхемой является FSP3528. Документации на нее не так уж много, скорее – отсутствует полностью. По назначению выводов и управляющим сигналам близким (но не полным!) аналогом можно назвать KA3511. В качестве отличий сразу замечается другой коэффициент деления сигнала OVP12, а именно туда собирались «лезть». Придется искать альтернативные варианты и в этом может помочь форум сайта rom.by, с которого была стянута примерная трассировка контроллера на микросхеме FSP3528:
При доработке силовая часть остается без изменений, а вот обратную связь и защиту от превышения/снижения надо корректировать. Начнем с последнего, обычно узел проверки в микросхеме организован следующим образом (взято из описания на микросхему KA3511):
Если какое-либо выходное напряжение выше порога, то срабатывает компаратор OVP и БП выключается. При чрезмерно низком напряжении на выходе компаратора UVP устанавливается 0, что закрывает транзистор и позволяет заряжаться внешнему конденсатору Tuvp (через вывод 17). Когда конденсатор зарядится до напряжения 1.8 В на выходе установится высокий уровень, что заблокирует сигнал ШИМ и приведет к отключению блока питания.
Доработку можно сделать двумя способами – или сформировать образцовые напряжения 12 В, 5 В и 3.3 В резистивными делителями. Или второй вариант – наплевать на всё это ненужное действо и просто подать 0 вольт на входы V12, V5 и V3.3. При этом сработает защита UVP, но она блокируется замыканием вывода 17 на землю – схема защиты будет ждать сигнала выключения «ну очень долго». Это решение хорошо тем, что выходное напряжение может быть любым, даже регулируемым (подстраиваемым), при этом контроль напряжений не будет «путаться под ногами». Впрочем, если нужен контроль за превышением, одно-два напряжения можно подать на схему OVP.
Ну что, матчасть изучили, можно переходить на FSP3528. И сразу следует подарок – в этом контроллере отсутствует узел UVP и нет никакой нужды что-то предпринимать с контрольными входами, достаточно просто их отсоединить от остальной части схемы (или замкнуть на землю).
Следующий шаг – перестройка цепи стабилизации. Судя по схеме FSP ATX-300GTF, контроллер стабилизирует выходное напряжение по трем напряжениям: 12, 5 и 3.3. Я отчасти понимаю, как в этот список затесались 12 В и 5 В, но при чем здесь 3.3? Смысл ускользает. Впрочем, это «их дело», в измененном блоке питания цепь обратной связи будет переделана и все эти «излишества» уберутся.
В первом варианте обратная связь бралась с выходов «+40 В» и «+12 В» через два одинаковых резистора 10 кОм на переменный резистор. В схему устанавливался дополнительный резистор 430 Ом между этой точкой и землей. Для справки, Vref=1.25 В. Выходное напряжение регулировалось в пределах +11…+16 В (по выходу «+12 В»), остальные выходы изменялось пропорционально.Доработанный блок питания показал следующие результаты:
| Ток нагрузки каналов, А | Напряжение выхода +12 В, В | Напряжение выхода -12 В, В | Напряжение выхода +40 В, В | Напряжение выхода -40 В, В |
| Холостой ход | 11.60 | -11.66 | 40.90 | -40.88 |
| «+40 В» 1 А | 12.48 | -12.56 | 40.01 | -44.79 |
| «+40 В» 2 А | 12.58 | -12.75 | 39.82 | -46.17 |
| «-40 В» 1 А | 11.50 | -11.50 | 40.93 | -36.88 |
| «-40 В» 2 А | 11.36 | -11.22 | 41.11 | -35.40 |
| «+12 В» 1 А | 11.11 | -11.57 | 41.45 | -41.50 |
| «+12 В» 2 А | 10.92 | -11.58 | 41.62 | -42.09 |
| «-12 В» 1 А | 11.35 | -10.60 | 41.19 | -41.37 |
| «-12 В» 2 А | 11.25 | -10.16 | 41.23 | -41.30 |
| «+40 В» 4 А | 13.09 | -13.24 | 39.47 | -46.71 |
| «-40 В» 4 А | 11.15 | -10.71 | 41.41 | -32.23 |
Довольно трудно представить численные данные в виде качественных характеристик, попробуем представить результаты графически. Если просто перенести полученные цифры на графики, то положительные и отрицательные напряжения «разойдутся» в разные стороны, и качественное сравнение выполнить не получится. Попробуем иначе, пересчитаем все значения к 100%, а для отрицательных величин возьмем модуль – в итоге все четыре графика будут проходить рядом, что и требуется.
Нагрузочные характеристики снимались только до четырех ампер, дальнейшее повышение тока было бессмысленным – выход «-40 В» вышел за порог «-25%»:
Цвета графиков:
- Темно красный, +40 В.
- Темно зеленый, -40 В.
- Серый, +12 В.
- Синий, -12 В.
М-да. Довольно наглядно видны недостатки стабилизации только положительных напряжений – система практически «не видит» увеличение потребления по отрицательным выходам, в результате чего их напряжение сильно снижается. Посмотрите на две последние строчки – канал «+40 В» поддерживается около 40 вольт, при этом «-40 В» вытворяет что-то невразумительное. Придется вводить в цепь стабилизации и отрицательные выходы. Впрочем, канал «+/-12 В» мне не нужен, поэтому достаточно добавить только «-40 В».
Кроме пониженной стабильности отрицательных напряжений есть еще одна беда – уровень пульсаций с частотой сети. С пульсациями и помехами преобразования все просто – конденсатор побольше, а потом еще LC фильтр и проблема уходит. А вот низкочастотные пульсации возникают из-за неработоспособности обратной связи. Почему бы? Нестабильность с частотой сети действуют на все выходы, значит они должны присутствовать и на положительных выходах, охваченных обратной связью, которая способна всё устранить. Увы, на выходах установлены конденсаторы ощутимой емкости и ток нагрузки очень низок.
В результате конденсаторы заряжаются на пиках низкочастотных пульсаций и практически не меняют свое напряжение на протяжении периода пульсации. А значит, напряжение на ненагруженных выходах пульсаций не содержит и обратная связь «не видит» никакого изменения, а потому не может их устранить. Например, при нагрузке только выхода «-12 В» током 2 А сильно снижается не только его напряжение (-10.16 В), но и дико растут пульсации с частотой сети, до 1.5 вольт. Если же создать ток нагрузки, достаточной для разряда накопительных конденсаторов каналов с обратной связью («+12 В» или «+40 В»), то выход «-12 В» приходит в норму, величина пульсаций снижается до 50 мВ.
Итак, проблемы две – расширить обратную связь, добавив в нее выход «-40 В», и как-нибудь ввести обратную связь по переменному сигналу для того же выхода «-40 В».
На схеме красными и зелеными крестиками отмечены элементы и трассы, которые следует удалить. В левом верхнем углу добавлена схема обратной связи блока питания. Через резистор 22 кОм и цепочку 2.2 кОм + 0.1 мкФ подключается выход «+40 В», через резистор 10 кОм «+12 В», на остальных элементах реализована схема инвертирования тока из отрицательного выхода «-40 В». Дополнительная цепь из 47 кОм и 0.1 мкФ уменьшает уровень пульсаций по выходу «-40 В», что изображено в верхней правой части рисунка.
После доработки блок питания показал следующие характеристики:
| Ток нагрузки каналов, А | Напряжение выхода +12 В, В | Напряжение выхода -12 В, В | Напряжение выхода +40 В, В | Напряжение выхода -40 В, В |
| Холостой ход | 11.83 | -11.89 | 40.79 | -40.59 |
| «+40 В» 1 А | 12.09 | -12.20 | 38.78 | -42.26 |
| «+40 В» 2 А | 12.18 | -12.34 | 38.54 | -42.26 |
| «+40 В» 4 А | 12.60 | -12.83 | 37.91 | -41.90 |
| «-40 В» 1 А | 12.04 | -12.05 | 41.98 | -38.54 |
| «-40 В» 2 А | 12.24 | -12.15 | 41.84 | -38.21 |
| «-40 В» 4 А | 12.79 | -12.59 | 41.38 | -37.40 |
| «+12 В» 1 А | 11.47 | -11.87 | 41.08 | -40.89 |
| «+12 В» 2 А | 11.26 | -11.80 | 41.22 | -41.20 |
| «-12 В» 1 А | 11.76 | -11.47 | 40.79 | -40.63 |
| «-12 В» 2 А | 11.79 | -10.78 | 40.92 | -40.34 |
| «+40 В» 5 А | 12.95 | -13.11 | 37.44 | -41.53 |
| «-40 В» 5 А | 13.11 | -12.95 | 41.11 | -36.91 |
| «+40 В» 4 А, «-40 В» 1 А | 13.29 | -13.37 | 38.10 | -40.01 |
| «+40 В» 10 А | 14.90 | -15.02 | 35.15 | -39.65 |
| «-40 В» 10 А | 14.71 | -14.77 | 40.19 | -34.37 |
Уровень низкочастотных пульсаций не превышал 50 мВ. А высокочастотных? О них следует поговорить особо.
Нагрузочные характеристики выглядят следующим образом:
Блок питания соответствует требуемым спецификациям по всем пунктам, кроме одного – второй канал должен быть на +/-20 В, а получилось +/-12 В. Для тех целей, куда пойдет данный блок питания, напряжение дополнительного канала не существенно, поэтому на нарушение этого пункта я просто «закрыл глаза». Если вам нужно получить другое напряжение, больше +/-12 В, то надо поступить так же, как поступили с основным каналом «+/-40 В» — использовать обмотку на втором трансформаторе для повышения уровня выходного напряжения. Например, для получения +/-20 В требуется выполнить следующие шаги:
1. На каждой вторичной обмотке дополнительного трансформатора следует сделать отвод. Фактически, придется мотать две обмотки вместо одной, двумя проводниками, место на каркасе есть.
2. Получение 20 В требует добавления 8 В к бывшим в наличии 12 В. На шесть витков первичной обмотки доп. трансформатора приходится 11 вольт, значит на 8 вольт потребуется 8*6/11=4.3 (четыре витка).
3. Число витков вторичной обмотки составляло пятнадцать, теперь она разбивается на две неравные части – четыре и одиннадцать витков.
4. По меньшей обмотке (четыре витка) течет ток нагрузки каналов «+/-40 В» и «+/-20 В», поэтому стоит обдумать вопрос о толщине используемого провода. Если повышение тока не столь велико, усилители НЧ и СЧ-ВЧ полос усилителя редко работают одновременно, то можно оставить тот же провод, что используется для всей обмотки. Если же уровень тока может оказаться существенно больше в долговременном плане, то лучше удвоить количество проводников этой обмотки.
5 .Последовательность намотки может различаться, ведь вся обмотка может не уместиться на каркасе в один слой, но все однотипные обмотки должны быть со строго одинаковым числом витков. Выполнить это требование не трудно, просто надо быть аккуратным.
Помехи с частотой преобразователя – бич импульсных блоков питания. Единожды возникнув, они распространяются по всем цепям и ухудшают работу устройств. Более всего от этого страдают различного вида приемники аналогового сигнала, особенно с проводным соединением без электрической изоляции. Увы, «усилитель» обладает всеми этими «достоинствами», потому проблема ВЧ помех стоит очень остро. Рассмотрим упрощенную топологию импульсного преобразователя класса «полумост»:
Напряжение сети 220 вольт выпрямляется диодным мостом UZ1, сглаживается конденсатором С1 и далее подается на преобразователь. Из него нарисованы только ключевые транзисторы, остальные элементы не оказывают влияния на уровень помех. Транзисторы Q1 и Q2 замыкаются попеременно, что создает ШИМ напряжение на выходе. Конденсатор С2 снимает постоянную составляющую, а переменный сигнал пропускает без ослабления. С точки зрения возникновения помех его можно мысленно «закоротить» и вообще-то, я зря его нарисовал, просто не смог подавить привычку не делать неработоспособных решений, даже в условном виде.
Напряжение на первичной обмотке трансформатора (выводы 6-4) — сложной формы с очень «резкими» фронтами амплитудой +/-150 вольт (+/- половина напряжения питания). Чтобы была хоть какая-то конкретика, предположим, что напряжение ШИМ формируется со скважностью 70% и на выходе стабилизируется напряжение 12 вольт. Это означает, что на каждой вторичной обмотке следует импульсное напряжение амплитудой +/-20 вольт.Основной источник помех – емкостная связь между обмотками. На первичную обмотку подается большое напряжение с резкими фронтами, обмотки намотаны очень плотно, между ними довольно большая емкость. Как следствие, фронты замечательно проходят через паразитную межобмоточную емкость и попадают на вторичные обмотки. Здесь хорошо бы вспомнить, что между первичной и вторичной обмотками прокладывают емкостной экран, который устраняет проблему. Увы, полной изоляции добиться не удается, хоть и небольшая, но часть обмоток «видит» друг друга. Это означает малую величину проходной емкости, но напряжение-то осталось прежним, +/-150 вольт, да еще с резкими фронтами.
Я вовсе не случайно упорно повторяю про фронты – чем резче меняется амплитуда сигнала, тем больше его спектр. «Маленькая» межобмоточная емкость плохо проводит основную частоту преобразователя, но «фронты» — совсем другое, на них получается очень высокая частота, единицы мегагерц, и она хорошо проходит даже через «маленькую» межобмоточную емкость. Поэтому на выходных напряжениях видны помехи не в виде частоты преобразования (40-80 кГц), а именно «палки», всплеск ВЧ колебаний в моменты фронтов переключения транзисторов.
Каким же способом можно уменьшить ВЧ помехи? Экран уже сделан и эффективность его работы довольно высокая … но этого мало. Поставить фильтр на выходе блока питания? Хорошая мысль, так часто делают и это эффективная мера. В данном блоке питания нечто похожее обязательно стоит выполнить, пропустив выходные провода БП через ферритовое кольцо, но это всё средства борьбы с последствиями, а не с самой болезнью.
Остается одно – поставить конденсатор небольшой емкости между общими проводами первичной и вторичной сторон. Помеха наводится между этими цепями, значит конденсатор их «подавит». Прием старый и давно используется, но у него есть недостаток, ограничивающий повсеместное применение – на «общем» проводе сетевой части схемы довольно «грязно», большой уровень помех. Связано это с тем, что транзисторы коммутируют большую мощность с низким временем переключения, что производит высокий уровень ВЧ помех в цепях питания.
Установка конденсатора между «землями» сетевой и выходной частями снижает уровень помех в трансформаторе, но добавляет помехи от цепей питания транзисторов. Обычно, используют конденсатор 470 пФ – 4.7 нФ (в зависимости от величины активной межобмоточной емкости) с рабочим напряжением не ниже 3000 вольт. Я применил обычный «Y» конденсатор емкостью 2.2 нФ. Эффективность подавления помех можно посмотреть по току утечки между «земляными» цепями сетевой и выходной частей устройства, для чего между ними устанавливается резистор 1 кОм и измеряется напряжение. Оригинальный вариант располагается слева, после добавления конденсатора справа:
Наглядно видно, что уровень помех уменьшился в несколько раз. Но кому интересны какие-то токи утечки? Взглянем, что изменится на выходе блока питания.
Слева осциллограмма до установки конденсатора, справа – после:
Картинки сняты для мощности нагрузки 40 Вт. И здесь так же различия видны невооруженным взглядом. Добавление конденсатора устранило «высокочастотный шум», который производил основной вред. Оставшиеся «палки» спокойно убираются LC фильтром на плате усилителя и проблем не вызывают.Не стоит пытаться получить особо низкий уровень помех в самом блоке питания – там явно недостаточно места для нормальной трассировки цепи «земля», да и компактное размещение силовых элементов создает условия для распространения помех через излучение. Не зря же сетевые блоки питания изготавливают в виде отдельных устройств в металлическом корпусе.
После всех доработок и изменений получился такой блок питания:
Его переделка прошла без особых осложнений и сгоревших транзисторов, что редкость для импульсных БП. Главное – будьте аккуратны и не удалите что-нибудь лишнее, особенно это касается цепей дежурного источника. Специально КПД не измерялся, при нагрузке в 200 Вт он находится в районе 86 процентов. Интересно, что до доработки БП показывал КПД 76 процентов, но при этом основная нагрузка создавалась по выходу 12 В. Что ж, дополнительный трансформатор не сильно ухудшает работу блока питания, и это радует.Что до самого БП, то при нагрузке 100 Вт в нём отсутствуют элементы горячее 40 градусов. В блоке питания установлен вентилятор с терморегулятором, при низкой нагрузке скорость его вращения крайне низка и производимый уровень шума незначителен. Можно было бы убрать его вовсе, но конструкция радиаторов плохо подходит для охлаждения естественной конвекцией. Кроме того, КПД усилителя отнюдь не 100% и в нем тоже будет присутствовать радиатор. А значит, вентилятор может оказаться весьма полезным – даже при небольшом обдуве эффективность работы радиатора усилителя повышается и его можно сделать меньших размеров.
Блок питания вполне можно сделать самостоятельно, но, как и любое дело, к этому процессу надо подходить ответственно. При кажущейся простоте БП — довольно сложное устройство, не прощающее ошибок или решений «и так сойдет». «Сойдет», но не долго, и с фейерверком. Делайте старательно и вдумчиво, у вас всё получится.
Serj
Доработка блоков питания компьютеров » Полезные самоделки
Но и лучшие из этих БП, к сожалению, есть далеко не идеал «блокопитаниестроения”. Например, известная многим проблема «шума” звуковой карты при включении режима энергосбережения современных процессоров. Или другая проблема — привыкшие к старому стандарту АТ пользователи поначалу негативно отнеслись к необходимости раздельного выключения системного блока и монитора. Многие свыклись с такой необходимостью, часть оставляет монитор постоянно включенным, а часть — выключает компьютер с помощью общего сетевого фильтра.
Вот над решением этих проблем мы и будем биться в этой части статьи. Следует напомнить, что любое вмешательство в блок питания чревато потерей гарантии, а в особо тяжелых случаях, и порче оборудования. Так что при любом изменении вы должны понимать что делаете, и быть полностью уверенными в себе.
Осциллограммы напряжения при изменяющейся нагрузке имеют очень заметные пульсации. Вот именно этот сигнал вы и слышите в своих колонках. Каким образом можно от него избавиться? Ну, во-первых, выбрать блок питания с наименьшими пульсациями. Или доработать имеющийся. Для этого, очевидно, необходимо добавить дополнительные фильтрующие емкости. Самое простое и удобное это напайка на обратную сторону платы блока питания большого количества бескорпусных емкостей.
Габариты они имеют очень малые при достаточном номинале (1мкФ), цена на них невысока и практически любой может себе позволить купить несколько десятков таких конденсаторов по цене близкой к цене одной — двух бутылок пива. Пусть вас не пугают габариты конденсаторов на фотографии. Они бывают и чуть побольше.
Напаяв между дорожками со всеми выходными напряжениями и землей блока питания эти конденсаторы (если приглядеться, то становятся заметны все, а не только обведенные):
Можно очень существенно снизить помехи, прослушиваемые на выходе звуковой платы. Кроме того, существенное уменьшение уровня высокочастотных составляющих в выходном напряжении продлевает жизнь штатных электролитных конденсаторов блока питания. Да и стабильность работы компьютера от этого отнюдь не пострадает…
При напайке конденсаторов в блок питания необходимо следить, чтобы не было замыканий между дорожками, по которым идет питание и общими шинами.
Теперь рассмотрим, как можно доработать АТХ блок питания для того, чтобы он мог самостоятельно включать и отключать монитор при включении компьютера.
Очевидно, что наиболее удобным вариантом будет установка реле небольших габаритов, но достаточной коммутируемой мощности:
(таких сейчас очень много продается в ближайшем магазине радиодеталей), чтобы управлять подачей напряжения на монитор. Запитывать управляющую обмотку можно от +5 или от +12В, в зависимости от применяемого реле. Схема включения выглядит следующим образом:
Диод включен для того, чтобы накопившаяся в катушке управления реле энергия, при выключении компьютера, стекла по нему на землю. Выбор диода несложен — любой среднемощный кремниевый диод. Например, КД105 или 1N40007. Резистор и конденсатор нужны для предотвращения возникновения искры при коммутации монитора. Конденсатор выбирается номиналом 0,05мкФ на 400В. Резистор — 1кОм на 1Вт.
Здесь приведена простейшая схема. Крайне желательно включать пару управляющих реле, размыкающих оба сетевых провода монитора. Необходимо это потому, что если электророзетки, куда включен ваш компьютер, имеют зануленный заземляющий контакт (т.е. соединенный с нулем сети электропитания), то возможен вариант, когда вы будете размыкать с помощью реле именно нуль. А он, поданный на корпус компьютера (из-за того самого зануления), пойдет по земляным линиям сигнальных проводов и питание на монитор не будет снято. Выдержат ли ваши сигнальные провода такой ток? Сомневаюсь. Так что от греха подальше — поставьте пару реле. По крайней мере, сможете возить свой компьютер и втыкать его в любую розетку, не озабочиваясь схемой заземления.
К сожалению, в большинстве АТХ блоках питания разъем для подключения монитора (даже неуправляемый) обычно отсутствует. Поэтому придется взять в руки дрель, ножовку и напильник, дабы проделать соответствующее отверстие и поместить в него оказавшийся под руками (или купленный в магазине) разъем.
Здесь вы можете видеть выкушенную кусачками решетку на задней стенке блока питания. Для улучшения эстетического восприятия эту дыру можно прикрыть проволочной решеткой, о которой пойдет речь во второй части статьи.
Теперь осталось лишь подключить к полученному разъему монитор и наслаждаться его автоматическим включением и выключением. Однако в этом случае появляется неприятность — в случае замены старого маломощного БП на новый (а он совсем не помешает современным железкам), дырявить новый корпус становится лениво. Проще заменить начинку в старом корпусе на взятую из нового блока питания. Но тут уже полное раздолье для вашей буйной фантазии.
Улучшаем компьютерный блока питания
Наши друзья меньшие (Китайцы) заполонили рынок электроники, но не всегда они бывают добросовестные, но многие дорогие модели компьютерных блоков питания достойные в своем классе. Но все-же большинство блоков питания, как я их называю кастрированные, то есть когда печатная плата была разработана под одни элементы, а в ней впаяны другие, и не все, особенно это по по входным фильтрам, их почти никогда нет в дешевых моделях.
Структурная схема ATX
Главный недостаток всех дешевых БП
осциллограмма напряжений +5В дешевого БП.
В общем-то всё в пределах нормы.
Заметны короткие выбросы напряжения. С увеличением нагрузки – увеличиваются выбросы. Следствие – глюки памяти и других цифровых элементов PC. Отметим, что нагрузка 30% — это большинство PC не обременённых более чем одним HDD. Имеющим простенькую видеокарту и CPU потребляющий не более 15W.
Второй недостаток
В теории сказано, что ИБП очень критичны к нестабильности тока нагрузки. В нашем случае этот недостаток проявляется во всей красе. Так выглядит осциллограмма напряжения +12В при динамической нагрузке.
На Рис.2 участок №1 – статическая нагрузка. Участок №2 – HDD в режиме чтение/запись. Характерны провалы напряжения питания +12В. Величина и длительность провала зависит от параметров фильтра блока питания и мощности HDD. Следствие: из-за нестабильности шины питания +12В жесткий диск начинает хлопать головами по «блинам». Появляются бэды. Глюки утройств питающихся от шины +12В (ISA карты, COM порты)
Как с этим бороться
Рассмотрим фильтр блока питания.
Рис.3 Фильтр (какой он есть)
В большинстве АТ блоках фильтр для шины питания +5В состоит из двух электролитических конденсаторов 1000мкФх10В. Для шины питания +12В одного конденсатора 1000мкФх16В. Для импульсных блоков питания емкость фильтрующих конденсаторов берётся из расчета 500..1000мкФ на 1А тока нагрузки. В нашем случае получаем для шины +5В максимальный ток нагрузки составит 4А. Для шины питания +12В максимальный ток нагрузки составит 2А.
В большинстве случаев аварийная ситуация не возникает. Но вот при использовании даже одного HDD типа IBM DPTA 7200RPM (или с аналогичным энергопотреблением) наблюдались вышеуказанные глюки.
Рис.4 Фильтр. (какой он должен быть)
Для этой схемы (Рис.4) справедливы следующие параметры: шина +5В – максимальный динамический ток нагрузки 20А.
Шина +12В – максимальный динамический ток нагрузки 8А.
Электролитические конденсаторы устраняют нестабильность по току. Керамические (2.2мкФ 3..6шт.) устраняют импульсные выбросы напряжения. Рекомендуется серия с низким сопротивлением для импульсных токов (кажись так называется). Каждая фирма маркирует их посвоему. Из того, что можно достать в Питере — например Hitano, серия EXR, рабочая температура до 105 цельсия. Для +5В — две штучки 2200мкФ или 3300мкФ 6,3 или 10В (нужно смотреть габариты, производители БП очень сильно ужимают место). С керамикой ничего посоветовать не могу. Из того что видел отличаются только ТКЕ и точностью ( например +80 -50% ). Думаю в фильтрах такого рода это не принципиально. Тут чем больше емкость, тем лучше. Наверное лучше брать SMD (бескорпусную) и паять с обратной стороны платы прямо на проводники. По поводу катушек в выходных фильтрах: если нет опыта намотки — лучше не эксперементировать. Если есть возможность купить, то можно попробовать. Или выпаять из мертвого БП. С катушками на выходе — нужно быть очень осторожным. Блок проверять только нагружая на резисторы.
После модернизации фильтра смотрим осциллограмму
После модернизации фильтра осциллограмма шина +5В
Так выглядит под нагрузкой «поверхность» напряжения брендового блока питания. Присутствуют выбросы напряжения, но они незначительны (много меньше допустимой нормы) и с увеличением нагрузки практически не увеличиваются. Суммарная емкость (мой вариант) электролитических конденсаторов 6800мкФ. Керамических конденсаторов 1.5мкФ (всё что было под рукой). Для интереса был протестирован блок питания АТХ фирмы PowerMan из корпуса InWin A500 – осциллограмма похожая, но выбросы напряжения отсутствуют.
Комбинированная нагрузка 50% (2 и более HDD)
На Рис.6 участок 2 соответствует динамической нагрузке.
Емкость фильтра – один конденсатор 4700мкФх25В (HDD в режиме чтение/запись). Максимальная помеха не более 100мВ. Блок питания АТХ фирмы PowerMan показал примерно тотже результат.
Осциллограмма сетевого напряженияБезопасность/надёжность высоковольтной части БП
Работа нескольких РС без фильтра
Кто-то скажет: «ну а нам всё равно — гадит наш РС в сеть или нет. Ну сэкономили на сетевом фильтре, ну и что.» Возможно вас убедит следующая осциллограмма.
Работа в сети (220В) некоторых мощных потребителейНа Рис.9 участок №1 – работа мощного перфоратора. Участок №2 – включение мощного индуктивного потребителя (например холодильник или пылесос). Включение индуктивной нагрузки всегда сопровождается мощным всплеском напряжения. Напряжение импульсной помехи рассчитывается по следующей формуле:
Где: — сопротивление контактов в момент размыкания. — сопротивление контура цепи 220В. — напряжение сети (220В).Нетрудно догадаться, что числитель всегда больше чем знаменатель. На осциллограмме (Рис.9) участок 2 — присутствует «провал» сетевого напряжения длительностью 20..500мсек (характерно для включения в сеть потребителей с реактивным характером сопротивления). От коротких провалов напряжения спасает UPS (минимальное время включения бесперебойника 4мсек). Это хорошо если он есть. Возможно понадобится увеличить емкость высоковольтного фильтра постоянного тока (на Рис.10 – электролиты 680х250V).Обычно установлены 220х200V. При потребляемой мощности 100Ватт запаса емкости (220х200V) хватает на 70..100мсек. Если увеличивать емкость до 680..1000мкФх200В, то не забудьте заменить диодную сборку RS205 (2A 500V) на RS507 (5A 700V)!!! Обязательно наличае терморезистора 4,7 … 10 Ом на 10А. На терморезисторах обычно экономят. Ставят обычное сопротивление 1 Ом, 1Ватт
Сетевой фильтр + выпрямитель
Из всех элементов в схеме фильтра обычного БП присутствует только терморезистор PS405L и предохранитель (самое необходимое). Иногда ставят симметричный трансформатор (на схеме – 5mH). Само собой — выпрямитель RS205 и высоковольтный фильтр постоянного тока (2 электролита 220х200В).
Увеличение КПД
Замена мощных ключевых транзисторов
Менять будем импортные биполярные KSE13007 (или NT405F, 2SC3306) на наш советский полевик КП948А.
схема включения полевого транзистора.
Такой вариант годится для АТХ блоков питания, т.к. запуск блока происходит от отдельного маломощного источника питания. Для АТ блоков такая схема не годится. Поэтому я оставил обвязку транзистора как есть, добавив 15В стабилитрон (как показано на схеме Рис.11). Стабилитроны ставить необзятельно, т.к. прямое напряжение на затворе не превышает 1В (прямой диод), а напряжение его обратного пробоя не более 10В, Конденсаторы 1мкФх50v (Рис.12) стоит ставить керамические (если ставится задача повышения надёжности), высыхание этих электролитов (особенно рядом с горячим радиатором) является основной причиной выхода блока питания из строя, так как недостаточно резко запираются силовые транзисторы.
Рекомендуемая схема включения КП948А для блока АТ
Не знаю почему – но у меня работает. Падение мощности на транзисторах уменьшается на 3..5Ватт. Хотя стабилитроны я всётаки оставил. Как следствие – перестает греться.
Выпрямительные диоды
Мощные выпрямительные диоды ставим на нормальные радиаторы. Подойдёт радиатор от CPU — пилим пополам. Одна половинка на +5В выпрямитель. Вторая — для +12В выпрямителя. Рекомендуют также силовые диодные сборки заменить на наши советские диоды КД2998А. Радиаторы — увеличить. Всё! Теперь вентилятор из БП можно выкинуть. При этом нарушается нормальный теплообмен внутри корпуса. Но если это БП для маршрутизатора – то греться внутри корпуса особо нечему. Если это файловый сервер – тогда на свой страх и риск. Хотя Manowar Manowar’ыч утверждает, что у него переделанный АТХ блок питания нагружен на 2HDD 7200RPM + УНЧ и всё это хозяйство работает без вентилятора.