Стандарт АТХ блока питания
Блок питания, ATX стандарт. При выборе блока питания основными параметрами являются: версия стандарта АТХ, необходимая для работы компьютера мощность блока питания и совместимость блока питания с ИБП (источником бесперебойного питания).
Стандарт форм-фактора АТХ определяет размер, конструкцию и другие характеристики блока питания, а также допустимые отклонения напряжений при нагрузке. Этот стандарт мы и будет рассматривать.
На данный момент существуют такие версий стандарта АТХ:
- ATX 1.3
- ATX 2.0
- ATX 2.2
- ATX 2.3
Основные различия версий стандартов АТХ заключаются во введении более новых разъемов и новых линий питания. В первой серии в основном использовалась линия +5 В, а во второй +12 В.
Подробно о версиях ATX блока питания
Одним из главных разработчик форм-фактора ATX является компания Intel. Вся документация расположена на официальном сайте www.formfactors.org, в них описаны требования к производителям материнских плат, блоков питания и корпусов. Требования и рекомендации к блокам питания регламентирует документ под названием ATX12V Power Supply Design Guide (PSDG).
Стандарт ATX12V был выпущен при переходе на новую архитектуру NetBurst. Главное нововведение в ATX12V, при сравнению с ATX 1.3, стала смена питания процессора от +12В, а не от +5В и добавление нового разъема питания 4-pin +12В (разъема не должно быть, если максимальный возможный ток по +12В меньше 10А).
Версии ATX 1.1, была представлена в августе 2000 года. О версиях 1.0, 1.2 упоминаний на официальном сайте нет, однако информацию о них можно прочитать на других ресурсах.
Разъемы блока питания стандарта ATX 1.1Версия ATX 1.3 вышла в апреле 2003 года. Если сравнивать с предыдущей версией 1.1, то были введены новые требования по токам, убрано напряжение в -5В, добавлены требования к обработке сигнала PS_ON#, а также добавлено упоминание кабеля питания для SATA.
Разъемы блока питания стандарта ATX 1.3Версия ATX 2.0, по сравнению с версией ATX 1.3, была значительно изменена. В первую очередь по токам — было увеличено энергопотребления по +12В и уменьшено по +3.3 и +5В. Была введена стандартизация блоков питания 350W и 400W (если мощность блока питания выше 300W, то рекомендовано 16 AWG провода). Был заменен кабель питания ATX на 24-pin вместо 20-pin, а также добавлены +3.3, +5, +12В, COM («земля»), питание для PCI Express устройств и кабель питания для SATA.
Разъем 24-pin ATX полностью совместим с 20-pin ATX как механически, так и электрически.
В версиях ATX 2.01 и ATX 2.2 была введна стандартизация блока питания мощностью 450W; упрощены требования к токам по линиям +3.3В, +5В, +12В; повышены требования к КПД по +5В stand by.
Разъемы блока питания стандарта ATX 2.xСамыми основными потребителя электроэнергии являются процессоры и видеокарты, питания которых проходит по линии в +12 В. Если установить, казалось бы, обычную конфигурацию процессора и видеокарты (к примеру: AMD Athlon 3000+ и GeForce 7600 GT), и обеспечить их питанием от блока мощностью 400 W, то «получим перекос» напряжений. Линия питания +12 В просядет, а линия +5 В перевесится. И как следствие – самостоятельная перезагрузка компьютера (или при запуске или при нагрузке), синие экраны смерти, выключение компьютера и т.д. Проблема в том, что старых блоков питания главной линией является +5 В, а для процессора и видеокарты нужна линия на +12 В, которая оказалась полностью перегруженной.
24-pin и 20-pin разъемы питания
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».
Лабораторный БП из компьютерного БП формата АТХ — Блоки питания — Источники питания
Евгений Князев
Привет всем!!! Решил описать вкратце переделку БП от компьютера формата АТХ. Может кому-то будет интересно.
За основу был взят БП CODEGEN — 300X (типа 300Вт, ну Вы поняли китайских 300). Мозгом БП служит ШИМ-контроллер КА7500 (TL494…). Только такие мне приходилось переделывать. Управлять ШИМкой будет PIC16F876A, он же и для контроля и установки выходного напряжения и тока, отображение информации на LCD Wh2602(…), регулировка осуществляется кнопками.
Берем рабочий БП (если не рабочий, то надо восстановить до рабочего состояния).
Ориентировочно определяемся, где у нас что будет располагаться. Выбираем место под LCD, кнопки, клеммы (гнезда), индикатор включения…
Определились. Делаем разметку для «окна» ЛСД. Вырезаем (я резал маленькой болгаркой 115мм), может кто-то дремелем, кто-то рассверливанием отверстий, а потом подгонка напильником. В общем кому как удобнее и доступнее. Должно получиться что-то похоже на это.
Продумываем как будем крепить дисплей. Можно сделать несколькими способами:
а) соединить с платой управления разъёмами;
б) сделать через фальшпанель;
в) или…
Или… припаять непосредственно 4 (3) винтика М2,5 к корпусу. Почему М2,5, а н М3,0? В ЛСД отверстия 2,5мм в диаметре для крепления.
Я припаял 3 винтика, потому что при пайке четвертого, отпаивается перемычка (на фото видно). Потом припаиваешь перемычку — отпадает винтик. Просто сильно близкое расстояние. Не стал заморачиваться — оставил 3 шт.
Пайка выполнена ортофосфорной кислотой. После пайки всё необходимо хорошо промыть водой с мылом.
Примеряем дисплей.
Изучаем схему, а именно все относительно TL494 (KA7500). Все что касается ног 1, 2, 3, 4, 13, 14, 15, 16. Всю обвязку возле этих выводов удаляем (на основной плате БП), и устанавливаем детали, согласно схемы.
Удаляем на основной плате БП всё лишнее. Все детали касательно +5, -5, -12, PG, PS — ON.
Оставляем только всё, что касается +12 V и дежурного питания +5V SB .
Желательно найти схему по своему БП, чтобы не удалить чего лишнего. В цепи питания +12 вольт — удаляем родные электролиты и ставим вместо них, аналогичный по ёмкости, но на рабочее напряжение 35-50 вольт.
Посмотрев на характеристики имеющегося блока питания (наклейка на корпусе) — по 12В выходной ток должен быть 13А. Ого неплохо вроде!!! Смотрим на плату, что у нас образовывает 12В, 13А??? Ха два диода FR302 (по даташиту 3А!). Ну пусть максимальный ток 6А. Нет, такое нас не устраивает, надо заменить на что-нибудь по мощнее, да еще и с запасом, поэтому ставим 40CPQ100 — 40А, Uобр=100В.
На радиаторе были какие-то изолирующие прокладки, прорезиненная ткань (что-то похожее). Отодрал, отмыл. Поставил нашу отечественную слюду.
Схема индикатора перегрева теплоотвода собрана на четырёх транзисторах. В качестве транзистора стабилизатора применён КТ815, КТ817, а в качестве индикатора — двухцветный светодиод.
Печатную плату не рисовал. Думаю, что особой сложности при сборке этого узла возникнуть не должно. Как узел собран, видно на фото ниже.
Делаем плату управления. ВНИМАНИЕ! Перед подключением своего LCD изучите даташит на него!! Особенно выводы 1 и 2!
Соединяем все согласно схеме. Устанавливаем плату в БП. Также надо изолировать основную плату от корпуса. Сделал я всё это через пластиковые шайбочки.
Наладка схемы.
1.Все наладки блока питания проводить только через лампу накаливания 60 — 150 Вт, включенную в разрыв сетевого кабеля, а ещё лучше и через разделительный трансформатор.
2.Корпус БП изолировать от GND, а цепь, которая образовывалась через корпус, соединить проводками.
3.Iizm (U15) — выставляется выходной ток (правильность показаний индикатора) по образцовому А — метру.
Uset_max (U16) — выставляется МАХ выходное напряжение
Максимальный выходной ток данного блока питания составляет 5 ампер (вернее 4,96А), ограничен прошивкой.
Максимальное выходное напряжение для данного блока питания, не желательно выставлять более 20-22 вольт, так как в этом случае увеличивается вероятность пробоя силовых транзисторов из-за нехватки предела ШИМ-регулирования микросхемой TL494 .
Для увеличения выходного напряжения более 22 вольт, необходима перемотка вторичной обмотки трансформатора.
Пробный запуск прошёл успешно. Слева двухцветный индикатор перегрева теплоотвода (холодный радиатор — цвет LED зеленый, теплый — оранжевый, горячий — красный). Справа — индикатор включения БП.
Установил выключатель. Основа — стеклотекстолит, обклеен самоклейкой «оракл».
Финал. То, что получилось в домашних условиях.
А теперь пробуем работу всех узлов собранного блока, так сказать в условиях приближенных к реальным, то есть нагружаем и испытываем собранный блок питания.
БП под нагрузкой, в качестве нагрузки используются лампы «галогенки» на 12В, 35 и 50Вт.
Скачать архив с прошивкой, схемой, платами.
Архив для статьи.
Если возникнут какие то вопросы по статье, задавайте их здесь, обсудим.
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!