Справочные данные (datasheets) на транзисторы, применяемые в компьютерных блоках питания ATX и AT = Электроника и Медтехника

Тип Структура Параметры Рис. Аналоги 2SC3150 Si-N S-L;900/800V;3A;40W;15MHz 17j BUT11A, BUV46A, 2SC3490, 2SC3491 2SC3457 Si-N S-L;1100/800V;3A;50W; 17j MJE8502, MJE8503, 2SC3050 2SC3751 Si-N S-L;1100/800V;1,5A;25W; 17j 2SC4231 2SC3866 Si-N S-L;900/800V;3A;40W; 17j iso 2SC3559; 2SC4303 2SC3979 Si-N S-L;900/800V;3A;40W; 17j iso BUT11AF, 2SC3752, 2SC4234, 2SC4304 2SC4020 Si-N S-Reg;900/800V;3A;50W; 17j BUT11A, BUV46A, 2SC3150, 2SC3490 2SC4231 Si-N S-L;1200/800V;2A;30W; 15c BU505F, 2SC4234, (MJE 8500, 2SC3178) 2SC4234 Si-N S-L;1200/800V;3A;45W; 15c BU505F, (MJE8502, 2SC3050) 2SC5353 Si-N S-L;900/800V;3A;25W; 17j 2SC3559; 2SC4303 KSC5027 Si-N S-L;1100/800V;1,5A;25W; 17j BV-1 501, BUL213, MJE8502, 2SC3050, 2SC3457 2SK2545 MOS-N-FET-e V-MOS;600V;6A;Iso;40W; 17c 2SK1118, 2SK1637, 2SK2097, 2SK2045 2SK3067 MOS-N-FET-e V-MOS;600V;2A;25W; 17c BUK445-600, 2SK1758, 2SK1953, 2SK2324 SSS2N60A MOS-N-FET-e V-MOS;600V;1,3A;23W; 17c SPU02N60P, BUK445-600, 2SK1758, 2SK1953, 2SK2043 2SC2625 Si-N S-L;450/400V;10A;80W; 18j 2SC2541, 2SC2740, 2SC2789, 2SC4138 2SC4106 Si-N S-L;500/400V;7A;50W; 17j MJE13006, 2SC3170, 2SC4055, 2SC4055 2SC4242 Si-N S-L;450/400V;7A;40W;1/3µS 17j MJE13006, 2SC3170, 2SC4055, 2SC4106 2SC5763 Si-N S-Reg;700/400V;7A;55W; 17j BUF644, BUL57, BUT54, BUT56(A) MJE13007 Si-N S-L;700/400V;8A;80W;>4MHz 17j BUF644, BUT54, BUT56(A), BUV56(A) MJE13009 Si-N S-L;700/400V;12A;100W;>4MHz 17j BUF654 TFK617 (BUF640) Si-N S-L;850/400V;6A;70W; 17j BUT11(A), BUT18(A), BUV46(A) 2SK1940 MOS-N-FET-e V-MOS;600V;12A;125W; 18c BUZ334, 2SK1723, 2SK1968, 2SK2699 2SK2082 MOS-N-FET-e V-MOS;900V;9A;150W; 18c 2SK1796, 2SK1933, 2SK2488, 2SK2676 2SK2607 MOS-N-FET-e V-MOS;800V;9A;150W; 18c 2SK1796, 2SK1933, 2SK2078, 2SK2477 2SK2611 MOS-N-FET-e V-MOS;900V;9A;150W; 18c 2SK1796, 2SK1933, 2SK2488, 2SK2676 2SK2648 MOS-N-FET-e V-MOS;800V;9A;150W; 18c 2SK1796, 2SK1933, 2SK2477, 2SK2488 STW12NK90Z MOS-N-FET-e V-MOS;900V;11A;230W; 18c FQP9N50 MOS-N-FET-e V-MOS, 500V, 9A, 147W, 17c IRFP450 MOS-N-FET-e V-MOS, 500V, 14A, 190W, 18c BUK638-500, BUZ338, 2SK1678 SPP11N60C3 MOS-N-FET-e V-MOS, 600V, 11A, 125W, 17c 2SK2866 2SK1388 MOS-N-FET-e V-MOS;30V;35A;60W; 17c BUK555-50 FDP7030BL MOS-N-FET-e V-MOS;LogL;30V;60A;60W; 17c P45N03L MOS-N-FET-e V-MOS;20V;45A;65W; 17b SSM40N03P MOS-N-FET-e V-MOS;LogL;30V;40A;50W; 17c STP3020L MOS-N-FET-e V-MOS;LogL;30V;40A;80W; 17c BUZ102AL, 2SK1542 STP40NE03L MOS-N-FET-e V-MOS;LogL;30V;40A;80W; 17c BUZ102AL, 2SK1542 STP40NF03L MOS-N-FET-e V-MOS;LogL;30V;40A;70W; 17c 2SC945 Si-N Uni;60V;0,1A;0,25W;250MHz 7c STC945, BC174, BC182, BC190, BC546, 2SD767 PN2222 Si-N Uni;60/30V;0,6A;0,625W;300MHz 7e KSP2222 2SA733P Si-P Uni;60V;0,1A;0,25W;180MHz 7c BC212, BC257, BC307, BC557 2SA928 Si-P HF;20V;1A;0,25W 7c BC636, BC638, 2SB909, 2SB1116 2SA1015 Si-P Uni;50V;0,15A;0,4W;>80MHz 7c BC212, BC257, BC307, BC557 2SB772 Si-P NF/S-L;lo-sat;40V;3A;10W;80MHz 7c, 14h BD786, MJE250..254, 2SB744(A) Сокращение Полное название АКФМ Активный корректор фактора мощности ШИМ Широтно — импульсный модулятор

Революция в схемах компьютерных блоков питания полувековой давности / Хабр

Полвека назад улучшенные транзисторы и импульсные стабилизаторы напряжения произвели революцию в схемах компьютерных блоков питания. Получила преимущества, к примеру, компания Apple – хотя не она запустила эту революцию, несмотря на заявления Стива Джобса.

Без Intel внутри: на рентгене видны компоненты импульсного блока питания, использованного в оригинальном микрокомпьютере Apple II, вышедшем в 1977 году

Компьютерным блокам питания не уделяется должного внимания.

Как энтузиаст технологий, вы наверняка знаете, какой у вашего компьютера микропроцессор и сколько у него физической памяти, однако есть вероятность, что вам ничего не известно о его блоке питания. Не тушуйтесь – даже производители разрабатывают БП в последнюю очередь.

А жаль, поскольку на создание БП для персональных компьютеров ушло довольно много сил, и это было серьёзное улучшение по сравнению с теми схемами, что питали другую потребительскую электронику вплоть до конца 1970-х. Этот прорыв стал возможен благодаря огромным скачкам в полупроводниковой технологии, сделанным полвека назад, в частности, улучшениям в импульсных стабилизаторах напряжения и инновациям в интегральных схемах. Но при этом данная революция прошла мимо внимания общественности, и даже неизвестна многим людям, знакомым с историей микрокомпьютеров.

В мире БП не обошлось без выдающихся чемпионов, включая и личность, упоминание которой может вас удивить: Стива Джобса. Согласно его авторизованному биографу, Уолтеру Айзексону, Джобс очень серьёзно относился к БП передового персонального компьютера Apple II и его разработчику, Роду Холту. Джобс, как утверждает Айзексон, заявлял следующее:

Вместо обычного линейного БП, Холт создал такой, который использовался в осциллографах. Он включал и выключал энергию не 60 раз в секунду, а тысячи раз; это позволяло ему сохранять энергию на гораздо меньших промежутках времени, в результате чего он испускал гораздо меньше тепла. «Этот импульсный БП был таким же революционным, как логическая плата Apple II, — сказал позже Джобс. – Рода не часто хвалят за это в книжках по истории, а должны были бы. Сегодня все компьютеры используют ИБП, и все они скопированы со схемы Рода Холта».

Это серьёзное заявление показалось мне не слишком достоверным, и я провёл своё расследование. Я обнаружил, что, хотя ИБП и были революционными, эта революция произошла в конце 1960-х и середине 1970-х, когда ИБП приняли эстафету у простых, но неэффективных линейных БП. Apple II, появившийся в 1977, получил преимущества этой революции, но не вызывал её.

Исправление джобсовской версии событий – не какая-то мелочь из инженерной области. Сегодня ИБП представляют собой повсеместный оплот всего, мы используем их ежедневно для зарядка наших смартфонов, планшетов, ноутбуков, камер и даже некоторых автомобилей. Они питают часы, радио, домашние аудиоусилители, и другую мелкую бытовую технику. Спровоцировавшие эту революцию инженеры заслуживают признания своих заслуг. Да и вообще, это весьма интересная история.

БП в настольных компьютерах, таких, как Apple II, преобразует переменный линейный ток в постоянный ток, и выдаёт очень стабильное напряжение для питания системы. БП можно сконструировать множеством разных способов, но чаще всего встречаются линейные и импульсные схемы.

Со всеми бородавками

В прошлом небольшие электронные устройства обычно использовали громоздкие БП-трансформаторы, получившие уничижительное прозвище «стенные бородавки». В начале XXI века технологические улучшения позволили начать практическое применение компактных импульсных источников питания малой энергии для питания небольших устройств. С падением стоимости импульсных AC/DC адаптеров они быстро заменили собой громоздкие БП у большинства домашних устройств.

Apple превратила зарядник в хитроумное устройство, представила прилизанную зарядку для iPod в 2001 году, внутри которой был компактный обратноходовой преобразователь под управлением интегральных схем (слева на картинке). Вскоре получили широкое распространение USB-зарядки, а ультракомпактный зарядник в виде дюймового куба от Apple, появившись в 2008, стал культовым (справа).

Самые модные зарядники высокого уровня подобного типа сегодня используют полупроводники на основе нитрида галлия, способные переключаться быстрее кремниевых транзисторов, и потому более эффективные. Развивая технологии в другом направлении, сегодня производители предлагают USB-зарядки уже по цене меньше доллара, хотя и экономя при этом на качестве питания и системах безопасности.

* * *

Типичный линейный БП использует громоздкий трансформатор для преобразования высоковольтного AC в розетке в низковольтный AC, который затем превращается в низковольтный DC при помощи диодов, обычно четырёх штук, подключенных в классическую схему диодного моста. Для сглаживания выходного напряжения диодного моста применяются крупные электролитические конденсаторы. Компьютерные БП используют схему под названием линейный стабилизатор, уменьшающую напряжение DC до нужного уровня и удерживающую его на этом уровне даже при изменениях в нагрузке.

Линейные БП тривиальны в проектировании и создании. Они используют дешёвые низковольтные полупроводниковые компоненты. Однако у них есть два больших минуса. Один – необходимость в использовании крупных конденсаторов и громоздких трансформаторов, которые никак нельзя запихнуть в нечто столь маленькоё, лёгкое и удобное, как зарядники, которые мы все используем для наших смартфонов и планшетов. Другой – схема линейного стабилизатора, основанная на транзисторах, превращает излишнее напряжение DC – всё, что выше необходимого уровня – в паразитное тепло. Поэтому такие БП обычно теряют более половины потребляемой энергии. И им часто требуются крупные металлические радиаторы или вентиляторы, чтобы избавляться от этого тепла.

ИБП работает на другом принципе: линейный вход AV превращается в высоковольтный DC, который включается и выключается десятки тысяч раз в секунду. Высокие частоты позволяют использовать гораздо более мелкие и лёгкие трансформаторы и конденсаторы. Особая схема точно управляет переключениями для контроля выходного напряжения. Поскольку таким БП не нужны линейные стабилизаторы, они теряют очень мало энергии: обычно их эффективность достигает 80-90%, и в итоге они гораздо меньше греются.

Однако ИБП обычно гораздо более сложные, чем линейные, и их сложнее проектировать. Кроме того, они выдвигают больше требований к компонентам, и нуждаются в высоковольтных транзисторах, способных эффективно включаться и выключаться с высокой частотой.

Должен упомянуть, что некоторые компьютеры использовали БП, не являвшиеся ни линейными, ни импульсными. Одной грубой, но эффективной техникой было запитать мотор от розетки и использовать его для раскрутки генератора, выдававшего необходимое напряжение. Мотор-генераторы использовались несколько десятилетий, по меньшей мере, с момента появления машин от IBM с перфокартами в 1930-х и до 1970-х, питая, среди прочего, суперкомпьютеры Cray.

Ещё один вариант, популярный с 1950-х и вплоть до 1980-х, использовал феррорезонансные трансформаторы – особый тип трансформаторов, дающих на выходе постоянное напряжение. Также в 1950-х для регулирования напряжения ламповых компьютеров использовался дроссель насыщения, контролируемая катушка индуктивности. В некоторых современных БП для ПК он вновь появился под именем «магнитного усилителя», давая дополнительное регулирование. Но в итоге все эти старые подходы уступили место ИБП.

Принципы, лежащие в основе ИБП, известны инженерам-электрикам с 1930-х, однако эта технология редко использовалась в эру электронных ламп. В то время в некоторых БП использовались специальные ртутные лампы, тиратроны, и их можно считать примитивными, низкочастотными импульсными стабилизаторами. Среди них — REC-30, питавшая телетайп в 1940-х, а также блок питания компьютера IBM 704 от 1954 года. Но с появлением в 1950-х силовых транзисторов ИБП начали быстро улучшаться. Pioneer Magnetics начала производить ИБП в 1958. General Electric выпустила ранний проект транзисторного ИБП в 1959.

В 1960-е НАСА и аэрокосмическая индустрия стала основной движущей силой в развитии ИБП, поскольку для аэрокосмических нужд преимущества малого размера и высокой эффективности имели приоритет перед большой стоимостью. К примеру, в 1962-м спутник Telstar (первый спутник, начавший передачу телевидения) и ракета «Минитмен» использовали ИБП. Годы шли, цены пали, и ИБП начали встраивать в потребительскую технику. К примеру, в 1966 Tektronix использовала ИБП в портативном осциллографе, что позволяло ему работать как от розетки, так и от батареек.

Тенденция ускорялась по мере того, как производители начали продавать ИБП другим компаниям. В 1967 RO Associates представила первый ИБП на 20 КГц, который назвала первым коммерчески успешным примером ИБП. Nippon Electronic Memory Industry Co. начала разработку стандартизованных ИБП в Японии в 1970. К 1972 году большинство производителей БП продавали ИБП или готовились к их выпуску.

Примерно в это время индустрия компьютеров начала использовать ИБП. Среди ранних примеров – микрокомпьютер PDP-11/20 от Digital Equipment 1969 года, и микрокомпьютер 2100A от Hewlett-Packard 1971 года. В публикации 1971 года заявлялось, что среди компаний, использующих ИБП, отметились все главные игроки рынка: IBM, Honeywell, Univac, DEC, Burroughs и RCA. В 1974 в списке микрокомпьютеров, использующих ИБП, отметились Nova 2/4 от Data General, 960B от Texas Instruments и системы от Interdata. В 1975 ИБП использовались в терминале HP2640A, похожем на пишущую машинку Selectric Composer от IBM, и в портативном компьютере IBM 5100. К 1976 году Data General использовала ИБП в половине своих систем, а HP – в мелких системах типа 9825A Desktop Computer и 9815A Calculator. ИБП начали появляться и в домашних устройствах, например, в некоторых цветных телевизорах к 1973 году.

ИБП часто освещались в электронных журналах той эпохи, как в виде рекламы, так и в статьях. Ещё в 1964 году Electronic Design рекомендовал использовать ИБП из-за более высокой эффективности. На обложке от октября 1971 года журнала Electronics World красовался ИБП на 500 Вт, а название статьи гласило: «Блок питания с импульсным стабилизатором». Computer Design в 1972 детально описывал ИБП и постепенный захват ими компьютерного рынка, хотя упомянул и о скептицизме некоторых компаний. На обложке Electronic Design 1976 года было написано «Переключаться внезапно стало легче», и описывалась новая интегральная схема управления ИБП. В журнале Electronics была длинная статья на эту тему; в Powertec были двухстраничные рекламные материалы о преимуществах ИБП со слоганом «The big switch is to switchers» [большие изменения для переключателей]; Byte объявлял о выпуске ИБП для микрокомпьютеров компанией Boschert.

Роберт Бошерт, уволившийся с работы и начавший собирать БП у себя на кухне в 1970-м, был ключевым разработчиком этой технологии. Он концентрировался на упрощении схем, чтобы сделать импульсные БП конкурентными по цене с линейными, и к 1974 году уже выпускал недорогие БП для принтеров в промышленных количествах, а потом в 1976 выпустил и недорогие ИБП на 80 Вт. К 1977 Boschert Inc. выросла до компании из 650 человек. Она делала БП для спутников и истребителя Grumman F-14, а позже – компьютерные БП для HP и Sun.

Появление недорогих высоковольтных высокочастотных транзисторов в конце 1960-х и начале 1970-х, выпускаемых такими компаниями, как Solid State Products Inc. (SSPI), Siemens Edison Swan (SES) и Motorola, помогло вывести ИБП в мейнстрим. Более высокие частоты переключения повышали эффективность, поскольку тепло в таких транзисторах рассеивалось в основном в момент переключения между состояниями, и чем быстрее устройство могло совершать этот переход, тем меньше энергии оно тратило.

Частоты транзисторов в то время увеличивались скачкообразно. Транзисторная технология развивалась так быстро, что редакторы Electronics World в 1971 могли заявлять, что БП на 500 Вт, представленный на обложке журнала, невозможно было произвести всего на 18 месяцев ранее.

Ещё один заметный прорыв случился в 1976, когда Роберт Маммано, сооснователь Silicon General Semiconductors, представил первую интегральную схему для контроля ИБП, разработанную для электронного телетайпа. Его контроллер SG1524 кардинально упростил разработку БП и уменьшил их стоимость, что вызвало всплеск продаж.

К 1974 году, плюс-минус пару лет, каждому человеку, хотя бы примерно представлявшему себе состояние индустрии электроники, было ясно, что происходит реальная революция в конструкциях БП.

Лидеры и последователи: Стив Джобс демонстрирует персональный компьютер Apple II в 1981 году. Впервые представленный в 1977, Apple II выиграл от промышленного сдвига от громоздких линейных БП к небольшим и эффективным импульсным. Но Apple II не запустил этот переход, как позже утверждал Джобс.

Персональный компьютер Apple II представили в 1977. Одной из его особенностью был компактный ИБП без вентилятора, дававший 38 Вт мощности и напряжение в 5, 12, –5, и –12 В. Он использовал простую схему Холта, ИБП с топологией обратноходового офлайнового преобразователя. Джобс заявил, что сегодня каждый компьютер копирует революционную схему Холта. Но была ли эта схема революционной в 1977? И скопировал ли её каждый производитель компьютеров?

Нет и нет. Похожие обратноходовые преобразователи в то время уже продавали Boschert и другие компании. Холт получил патенты на парочку особенностей своего БП, но их так и не стали широко использовать. А создание управляющей схемы из дискретных компонентов, как сделали для Apple II, оказалось технологическим тупиком. Будущее ИБП принадлежало специализированным интегральным схемам.

Если и был микрокомпьютер, оказавший долгосрочное влияние на проектирование БП, это был IBM Personal Computer, запущенный в 1981. К тому времени, всего через четыре года после выхода Apple II, технология БП серьёзно изменилась. И хотя оба этих ПК использовали ИБП с топологией обратноходового офлайнового преобразователя и несколькими выходами, это и всё, что между ними было общего. Контуры питания, управления, обратной связи и стабилизации были разными. И хотя БП для IBM PC использовал контроллер на интегральной схеме, в нём было почти в два раза больше компонентов, чем в БП от Apple II. Дополнительные компоненты давали дополнительную стабилизацию выходного напряжения и сигнал «качественное питание», когда все четыре напряжения были верными.

В 1984 году IBM выпустила значительно обновлённую версию ПК, под названием IBM Personal Computer AT. Его БП использовал множество новых схем, полностью отказавшись от обратноходовой топологии. Он быстро стал стандартом де факто и оставался таковым до 1995 года, когда Intel представила форм-фактор ATX, который, как и другие вещи, определившие БП ATX, по сей день остаётся стандартом.

Но, несмотря на появление стандарта ATX, компьютерные системы питания стали сложнее в 1995 году, когда появился Pentium Pro – микропроцессор, требовавший меньшего напряжения и больших токов, чем БП ATX мог дать напрямую. Для такого питания Intel представил модуль регулирования напряжения (VRM) – импульсный преобразователь DC-DC, устанавливаемый рядом с процессором. Он уменьшал 5 В от БП до 3 В, используемых процессором. В графических картах многих компьютеров тоже есть VRM, питающий установленные в них высокоскоростные графические чипы.

Сегодня быстрому процессору от VRM может требоваться целых 130 Вт – что гораздо больше, чем полватта мощности, которые использовал процессор Apple II, 6502. Современный процессор в одиночку может использовать в три раза больше мощности, чем целый компьютер Apple II.

Растущее потребление энергии компьютерами стало причиной беспокойства, связанной с окружающей средой, в результате чего появились инициативы и законы, требующие более эффективных БП. В США правительственный сертификат Energy Star и промышленный 80 Plus требуют от производителей выдавать более «зелёные» БП. Им удаётся это сделать при помощи различных технологий: более эффективного энергопотребления в режиме ожидания, более эффективных стартовых схем, резонансных схем, уменьшающих потери питания в импульсных транзисторах, схемы типа active clamp, заменяющие импульсные диоды более эффективными транзисторами. Улучшения в технологиях силовых транзисторов MOSFET и высоковольтных кремниевых выпрямителей, произошедшие в последние десять лет, также послужили увеличению эффективности.

Технология ИБП продолжает развиваться и другими путями. Сегодня, вместо аналоговых схем, многие поставщики используют цифровые чипы и программные алгоритмы, контролирующие выход. Разработка контроллера БП стала как вопросом проектирования железа, так и вопросом программирования. Цифровое управление питанием позволяет поставщикам общаться с остальной системой с большей эффективностью и вести логи. И хотя эти цифровые технологии по большей части используются в серверах, они начинают влиять на разработку настольных ПК.

Сложно увязать всю эту историю с мнением Джобса о том, что Холт должен быть известен шире, или что «Рода не часто хвалят за это в книжках по истории, а должны были бы». Даже самые лучшие разработчики БП не становятся известными за пределами крохотного сообщества. В 2009 году редакторы Electronic Design пригласили Бошерта в свой «Инженерный зал славы». Роберт Маммано получил награду «достижения всей жизни» в 2005 году от редакторов Power Electronics Technology. Руди Севернс получил другую такую награду в 2008 году за инновации в ИБП. Но никто из этих светил в области проектирования БП даже не отмечен в Википедии.

Часто повторяемое мнение Джобса о том, что Холта незаслуженно не заметили, привело к тому, что работу Холта описывают в десятках популярных статей и книжек про Apple, от «Реванша нердов» Пола Киотти, появившейся в журнале California в 1982, до биографии Джобса, бестселлера за авторством Айзексона, вышедшего в 2011. Так что весьма иронично, что, хотя его работа над Apple II вовсе не была революционной, Род Холт, вероятно, стал самым известным разработчиком БП всех времён.

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

 

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

 

Какие транзисторы в блоке питания компьютера — MOREREMONTA

Добавлено 08-03-04 14:36

2SC2625 можно поставить? они вроде мощнее

Меняю на любые из старых АТ блоков 2SC4242, 3039, 4016
Попытки ставить BUT11, 12 b 18 не всегда успешны.

Высокочастотный преобразователь (инвертор)

В первой части нашего рассказа о схемотехнике блоков питания персональных компьютеров мы познакомились со схемой входного сетевого выпрямителя и фильтра. Давайте продолжим изучение компьютерного блока питания. Здесь мы разберёмся в том, как работает высокочастотный преобразователь – инвертор.

Постоянное напряжение 310 вольт, снимаемое с сетевого выпрямителя, подаётся на высокочастотный преобразователь. Высокочастотный преобразователь — это двухтактный инвертор, выполненный по схеме полумоста. Преобразователь работает на частоте в десятки килогерц и нагружен на высокочастотный силовой трансформатор.

Частота преобразования выбирается порядка 18 – 50 КГц, что подразумевает маленькие размеры силового трансформатора и небольшие величины ёмкостей конденсаторов фильтров. Один из плюсов импульсного блока питания является высокий КПД, достигающий 80% и экономичность, поскольку блок потребляет энергию только в то время, когда один из транзисторов преобразователя открыт. Когда он закрыт, энергию на нагрузку отдаёт конденсатор фильтра вторичной цепи.

Управление полумостовым инвертором осуществляется ШИМ-контроллером (Узел управления). Об узле управления блоком питания будет рассказано в следующей части.

Итак, высокочастотный преобразователь работает следующим образом: на него приходит постоянное напряжение 310 вольт с сетевого выпрямителя и конденсаторов фильтра. Одновременно в базовые цепи мощных транзисторов подаются прямоугольные импульсы положительной полярности и с частотой следования допустим 20 кГц. С этой частотой транзисторы как ключевые элементы открываются и закрываются.

На первичной обмотке трансформатора Т2 присутствует импульсное высокое напряжение с той же частотой 20 кГц. Трансформатор, естественно, понижающий и на его вторичных обмотках, которых несколько, формируются все необходимые для работы компьютера питающие напряжения, после этого все напряжения выпрямляются, фильтруются и подаются на системную плату.

Мощные ключевые транзисторы инвертора являются своеобразными «мускулами» блока питания. Именно через ключевые транзисторы инвертора «прокачивается» вся мощность, которая потребляется компьютером. Ключевые транзисторы устанавливаются на радиатор для принудительного охлаждения во время работы, а сам радиатор обдувается вентилятором.

В качестве ключевых транзисторов инвертора могут применяться как биполярные, так и полевые MOSFET транзисторы. Обычно же используются биполярные транзисторы.

Взглянем на схему. На ней изображена часть схемы ИБП марки GT-150W.

Биполярные транзисторы VT1 и VT2 поочерёдно открываются с частотой в десятки килогерц. Трансформатор T2 — импульсный силовой трансформатор. Он же обеспечивает гальваническую развязку от электросети. Импульсный силовой трансформатор заметно выделяется на фоне других трансформаторов, установленных на печатной плате. Найти его не сложно.

Со вторичных обмоток трансформатора T2 снимается пониженное переменное напряжение. На схеме показаны элементы одного из выходных выпрямителей +12 вольт (VD6, VD7, L1, C5). Электролитические конденсаторы C6, C7 — это конденсаторы сетевого фильтра и выпрямителя, речь о котором шла в первой части.

Трансформатор T1 — согласующий. Он является промежуточным звеном между микросхемой ШИМ-контроллера и мощными ключевыми транзисторами VT1, VT2. Габариты его заметно меньше, чем у трансформатора T2. Диоды VD4 и VD5 предохраняют мощные транзисторы от напряжения обратной полярности. У мощных полевых транзисторов эти диоды, как правило, уже встроены, поэтому на печатной плате диоды VD4, VD5 можно и не обнаружить. Так же защитные диоды встраивают в некоторые мощные биполярные транзисторы. Всё зависит от марки транзистора.

Схема запуска.

Узел управления инвертора питается выходным напряжением блока, но в момент включения все напряжения отсутствуют. Начальный запуск может осуществляться разными способами. Рассмотрим более подробно схему запуска инвертора, которая «заводит» мощный каскад инвертора.

После включения блока питания на базы транзисторов VT1, VT2 подаётся напряжение через делитель, выполненный на резисторах R3 — R6. При этом транзисторы «приоткрываются». При этом ещё начинается заряд конденсатора C4. Ток заряда конденсатора C4 проходя через часть вторичной обмотки (II) трансформатора T1 наводит в ней (обмотке II) и обмотке III напряжение. Это напряжение открывает один из транзисторов (VT1 или VT2). Какой именно из транзисторов откроется зависит от характеристик элементов каскада.

В результате открытия одного из ключевых транзисторов во вторичной обмотке трансформатора T2 появляется импульс тока, который проходит через один из диодов (VD6 или VD7) и заряжает конденсатор C3. Напряжения на C3 достаточно для питания узла управления в момент пуска инвертора. Далее в работу включается узел управления, который и начинает управлять транзисторами VT1 и VT2 в штатном режиме.

Вот так хитроумно реализована схема запуска инвертора.

В мощном каскаде наиболее частой неисправностью является выход из строя транзисторов, поскольку они работают в достаточно тяжёлом тепловом режиме. Ну, и, конечно, слабое звено это электролитические конденсаторы, которые со временем «высыхают» и теряют ёмкость. Также элктролиты выходят из строя из-за превышения рабочего напряжения.

В этой статье, я немного расскажу об основах ремонта компьютерных, импульсных блоков питания стандарта ATX. Это одна из первых моих статей, я написал её примерно 5 лет назад, по этому прошу строго не судить.

Меры предосторожности.
Ремонт импульсных БП, довольно опасное занятие, особенно если неисправность касается горячей части БП. Поэтому делаем всё вдумчиво и аккуратно, без спешки, с соблюдением техники безопасности.

Силовые конденсаторы могут длительное время держать заряд, поэтому не стоит прикасаться к ним голыми руками сразу после отключения питания. Ни в коем случае не стоит прикасаться к плате или радиаторам при подключенном к сети блоке питания.

Для того чтобы избежать фейерверка и сохранить ещё живые элементы следует впаять 100 ватную лампочку вместо предохранителя. Если при включении БП в сеть лампа вспыхивает и гаснет – все нормально, а если при включении лампа зажигается и не гаснет – где-то короткое замыкание.

Проверять блок питания после выполненного ремонта следует вдали от легко воспламеняющихся материалов.

Паяльник, припой, флюс. Рекомендуется паяльная станция с регулировкой мощности или пара паяльников разной мощности. Мощный паяльник понадобиться для выпаивания транзисторов и диодных сборок, которые находятся на радиаторах, а так же трансформаторов и дросселей. Паяльником меньшей мощности паяется разная мелочевка.
Отсос для припоя и (или) оплетка. Служат для удаления припоя.
Отвертка
Бокорезы. Используются для удаления пластиковых хомутов, которыми стянуты провода.
Мультиметр
Пинцет
Лампочка на 100Вт
Очищенный бензин или спирт. Используется для очистки платы от следов пайки.
Устройство БП.

Немного о том, что мы увидим, вскрыв блок питания.

Внутреннее изображение блока питания системы ATX

A – диодный мост, служит для преобразования переменного тока в постоянный

B – силовые конденсаторы, служат для сглаживания входного напряжения

Между B и C – радиатор, на котором расположены силовые ключи

C – импульсный трансформатор, служит для формирования необходимых номиналов напряжения, а также для гальванической развязки

между C и D – радиатор, на котором размещены выпрямительные диоды выходных напряжений

D – дроссель групповой стабилизации (ДГС), служит для сглаживания помех на выходе

E – выходные, фильтрующие, конденсаторы, служат для сглаживания помех на выходе

Распиновка разъема 24 pin и измерение напряжений.

Знание контактов на разъеме ATX нам понадобится для диагностики БП. Прежде чем приступать к ремонту следует проверить напряжение дежурного питания, на рисунке этот контакт отмечен синим цветом +5V SB, обычно это фиолетовый провод. Если дежурка в порядке, то следует проверить наличие сигнала POWER GOOD (+5V), на рисунке этот контакт помечен серым цветом, PW-OK. Power good появляется только после включения БП. Для запуска БП замыкаем зеленый и черный провод, как на картинке. Если PG присутствует, то, скорее всего блок питания уже запустился и следует проверить остальные напряжения. Обратите внимание, что выходные напряжения будут отличаться в зависимости от нагрузки. Так, что если увидите на желтом проводе 13 вольт, не стоит беспокоиться, вполне вероятно, что под нагрузкой они стабилизируются до штатных 12 вольт.

Если у вас проблема в горячей части и требуется измерить там напряжения, то все измерения надо проводить от общей земли, это минус диодного моста или силовых конденсаторов.

Первое, что следует сделать, вскрыть блок питания и произвести визуальный осмотр.

Если БП пыльный вычищаем его. Проверяем, крутится ли вентилятор, если он стоит, то это, скорее всего и является причиной выхода из строя БП. В таком случае следует смотреть на диодные сборки и ДГС. Они наиболее склонны к выходу из строя из- за перегрева.

Далее осматриваем БП на предмет сгоревших элементов, потемневшего от температуры текстолита, вспученных конденсаторов, обугленной изоляции ДГС, оборванных дорожек и проводов.

Перед вскрытием блока питания можно попробовать включить БП, чтобы наверняка определиться с диагнозом. Правильно поставленный диагноз – половина лечения.

БП не запускается, отсутствует напряжение дежурного питания
БП не запускается, но дежурное напряжение присутствует. Нет сигнала PG.
БП уходит в защиту,
БП работает, но воняет.
Завышены или занижены выходные напряжения
Предохранитель.

Alex Rozovsky

Можно слюдяные. 2SC2625 имеют ту же мощность, больше предельный ток, но меньше предельное напряжение (10A, 80W, 450/400V). Имхо, попробовать можно.

Anonymous

В современных моделях Codegen-ов стоят транзисторы без имени фирмы D13007 Раза три видел их распавшимися. Причина (кроме перегрузки электро) в установке их на радиатор до впаивания в плату (болты вкручены как бы с внутренней стороны корпуса и перекрыты трансами)

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

 

транзистор | Определение и использование

Транзистор , полупроводниковый прибор для усиления, управления и генерации электрических сигналов. Транзисторы — это активные компоненты интегральных схем или «микрочипов», которые часто содержат миллиарды этих крохотных устройств, выгравированных на их блестящих поверхностях. Транзисторы, глубоко встроенные почти во все электронное, стали нервными клетками информационной эры.

Британская викторина

Тест по электронике и гаджетам

Кто изобрел гибкую фотопленку?

Обычно в транзисторе есть три электрических вывода, называемых эмиттером, коллектором и базой, или, в современных коммутационных приложениях, истоком, стоком и затвором.Электрический сигнал, подаваемый на базу (или затвор), влияет на способность полупроводникового материала проводить электрический ток, который течет между эмиттером (или истоком) и коллектором (или стоком) в большинстве приложений. Источник напряжения, такой как батарея, управляет током, в то время как скорость тока, протекающего через транзистор в любой момент времени, определяется входным сигналом на затворе — так же, как кран крана используется для регулирования потока воды через сад. шланг.

NMOS-транзистор Металлооксидные полупроводники с отрицательным каналом (NMOS) используют положительное вторичное напряжение для переключения неглубокого слоя полупроводникового материала типа p под затвором в тип n .Для металлооксидных полупроводников (PMOS) с положительным каналом все эти полярности меняются на противоположные. Транзисторы NMOS дороже, но быстрее, чем транзисторы PMOS. Encyclopædia Britannica, Inc.

Первые коммерческие применения транзисторов были в слуховых аппаратах и ​​«карманных» радиоприемниках в 1950-х годах. Благодаря их небольшому размеру и низкому энергопотреблению, транзисторы были желанной заменой электронных ламп (известных как «клапаны» в Великобритании), которые затем использовались для усиления слабых электрических сигналов и создания слышимых звуков.Транзисторы также начали заменять электронные лампы в схемах генераторов, используемых для генерации радиосигналов, особенно после того, как были разработаны специальные структуры для обработки более высоких частот и задействованных уровней мощности. Низкочастотные и мощные приложения, такие как инверторы источников питания, преобразующие переменный ток (AC) в постоянный (DC), также были транзисторными. Некоторые силовые транзисторы теперь могут выдерживать токи в сотни ампер при электрическом потенциале более тысячи вольт.

На сегодняшний день транзисторы наиболее часто применяются в микросхемах памяти компьютеров, включая твердотельные мультимедийные запоминающие устройства для электронных игр, камеры и MP3-плееры, а также в микропроцессорах, где миллионы компонентов встроены в одну интегральную схему. Здесь напряжение, приложенное к электроду затвора, обычно несколько вольт или меньше, определяет, может ли ток течь от истока транзистора к его стоку. В этом случае транзистор работает как переключатель: если ток течет, задействованная цепь включена, а если нет, то она выключена.Эти два различных состояния, единственные возможности в такой схеме, соответствуют соответственно двоичным единицам и нулям, используемым в цифровых компьютерах. Аналогичные применения транзисторов встречаются в сложных коммутационных схемах, используемых во всех современных телекоммуникационных системах. Потенциальные скорости переключения этих транзисторов сейчас составляют сотни гигагерц, или более 100 миллиардов включений и выключений в секунду.

Britannica Premium: удовлетворение растущих потребностей искателей знаний. Получите 30% подписки сегодня.Подпишись сейчас

Разработка транзисторов

Транзистор был изобретен в 1947–1948 годах тремя американскими физиками, Джоном Бардином, Уолтером Х. Браттейном и Уильямом Б. Шокли, в лабораториях Белла американской телефонной и телеграфной компании. Транзистор оказался жизнеспособной альтернативой электронной лампе и к концу 1950-х годов вытеснил последнюю во многих приложениях. Его небольшие размеры, низкое тепловыделение, высокая надежность и низкое энергопотребление сделали возможным прорыв в миниатюризации сложных схем.В течение 1960-х и 1970-х годов транзисторы были включены в интегральные схемы, в которых множество компонентов (например, диоды, резисторы и конденсаторы) сформированы на единой «микросхеме» из полупроводникового материала.

Мотивация и ранние радарные исследования

Электронные лампы громоздкие и хрупкие, они потребляют большое количество энергии для нагрева своих катодных нитей и генерации потоков электронов; Кроме того, они часто сгорают после нескольких тысяч часов работы. Электромеханические переключатели или реле работают медленно и могут застревать во включенном или выключенном положении.Для приложений, требующих тысяч ламп или переключателей, таких как общенациональные телефонные системы, развивающиеся по всему миру в 1940-х годах, и первые электронно-цифровые компьютеры, это означало, что требовалась постоянная бдительность, чтобы минимизировать неизбежные поломки.

Альтернатива была найдена в полупроводниках, материалах, таких как кремний или германий, электрическая проводимость которых находится посередине между изоляторами, такими как стекло, и проводниками, такими как алюминий. Проводящими свойствами полупроводников можно управлять, «допируя» их избранными примесями, и несколько провидцев увидели потенциал таких устройств для телекоммуникаций и компьютеров.Однако именно военное финансирование разработки радаров в 1940-х годах открыло двери для их реализации. Для «супергетеродинных» электронных схем, используемых для обнаружения радиолокационных волн, требовался диодный выпрямитель — устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении, — которое могло бы успешно работать на сверхвысоких частотах более одного гигагерца. Электронных ламп просто не хватало, и твердотельные диоды на основе существующих полупроводников из оксида меди также были слишком медленными для этой цели.

На помощь пришли

Кристаллические выпрямители на основе кремния и германия.В этих устройствах вольфрамовая проволока вставлялась в поверхность полупроводникового материала, который был легирован крошечными количествами примесей, таких как бор или фосфор. Примесные атомы заняли позиции в кристаллической решетке материала, вытесняя атомы кремния (или германия) и тем самым создавая крошечные популяции носителей заряда (таких как электроны), способных проводить полезный электрический ток. В зависимости от природы носителей заряда и приложенного напряжения ток может течь от провода к поверхности или наоборот, но не в обоих направлениях.Таким образом, эти устройства служили столь необходимыми выпрямителями, работающими на гигагерцовых частотах, необходимых для обнаружения отраженного микроволнового излучения в военных радиолокационных системах. К концу Второй мировой войны миллионы кристаллических выпрямителей ежегодно производились такими американскими производителями, как Sylvania и Western Electric.

.

PSU 101: резисторы, транзисторы и диоды

Резисторы, транзисторы и диоды

Резисторы

Резисторы — это наиболее часто используемые электронные компоненты. Их роль состоит в том, чтобы просто ограничить прохождение электрического тока, когда это необходимо, и убедиться, что на компонент подается правильное напряжение. Измеряем сопротивление в Омах. Однако, поскольку ом представляет собой очень маленькое сопротивление, в большинстве случаев вы увидите сопротивление, измеренное в кОм (1000 Ом) или МОм (1000000 Ом) .

Изображение 1 из 2

Изображение 2 из 2

Когда мы объединяем несколько резисторов последовательно, мы просто складываем их сопротивление (уравнение 1 ниже). Одинаковый ток протекает через все резисторы, включенные последовательно, но на каждом резисторе наблюдается некоторое падение напряжения.

(1) R _series = R1 + R2 + R3…

Когда мы объединяем несколько резисторов параллельно, мы уменьшаем общее сопротивление (уравнение 2). Кроме того, когда в цепи имеется несколько ветвей сопротивления, ток, протекающий в каждую из них, обратно пропорционален сопротивлению ветви.

(2) R _{параллельно} = 1 / (1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3…)

Раз уж мы зашли так далеко, мы должны упомянуть закон Ома: напряжение равно току, умноженному на сопротивление ( уравнение 3). Другой не менее известный закон — это закон Джоуля (уравнение 4), который устанавливает связь мощности (P) с напряжением (V) и током (I).

(3) V = I x R

(4) P = V x I = (I x R) x I = I ² XR

Транзисторы

Транзистор считается крупнейшее открытие или нововведение 20 ^-го века.Действительно, в настоящее время внутри каждого электронного устройства вы обнаружите, что транзисторы работают легко и надежно. Двумя наиболее распространенными типами транзисторов являются транзисторы с биполярным переходом (BJT), которые можно разделить на транзисторы NPN и PNP, и полевые транзисторы (FET). Подобно BJT, полевые транзисторы бывают N-канального и P-канального типов. Двумя основными типами полевых транзисторов являются полевые МОП-транзисторы (полевые транзисторы из оксида металла и полупроводника) и полевые транзисторы (полевые транзисторы с переходом).

Транзистор имеет три вывода: исток, затвор и сток.Чтобы объяснить его работу, мы будем использовать простую парадигму. Представьте трубу, соединяющую источник воды с канализацией. Клапан (шибер) регулирует поток воды, будучи полностью закрытым, частично открытым или полностью открытым. То же самое и с транзистором. Подавая напряжение или ток (в зависимости от типа транзистора) на затвор, мы можем управлять током, протекающим от истока к стоку. В NPN-транзисторах исток, затвор и сток называются коллектором, базой и эмиттером соответственно. Две основные роли транзисторов — усиление слабых сигналов и переключение.

Изображение 1 из 2

Изображение 2 из 2

В блоках питания в основном используются полевые транзисторы NPN в преобразователе APFC и в качестве основных переключателей. Для дальнейшего повышения эффективности они также используются во вторичной обмотке для выпрямления выходов постоянного тока (синхронная конструкция).

Диоды

Диод можно рассматривать как односторонний клапан. Когда к нему приложено напряжение, он позволяет току течь в одном направлении, но не в другом. Этот процесс иногда также называют процессом исправления.Один конец диода называется анодом, а другой — катодом. Большинство диодов позволяют току свободно течь от анода к катоду. Когда через диод начинает течь ток, на нем наблюдается постоянное падение напряжения. Для большинства диодов это падение напряжения составляет примерно 0,7 В.

Все диоды имеют номинальный ток, который указывает максимальный прямой ток, который они могут выдержать. Кроме того, рейтинг пикового обратного напряжения (PIV) отображает максимальное обратное напряжение, с которым диод может справиться до того, как он сломается.Теперь, если вы хотите узнать, правильно ли работает диод, все, что вам нужно сделать, это измерить его мультиметром, используя шкалу Ом. В одном направлении диод должен иметь низкое сопротивление (прямое смещение), а в противоположном направлении вы увидите высокое сопротивление (обратное смещение).

Изображение 1 из 2

Изображение 2 из 2

Диоды имеют множество применений. К наиболее распространенным из них относятся регулировка напряжения, выпрямление переменного тока (мостовые выпрямители), светодиодные приложения, защита от перенапряжения и многое другое.Во многих блоках питания, помимо обычных диодов, мы почти всегда находим мостовые выпрямители (четыре диода в мостовой схеме, обеспечивающие двухполупериодное выпрямление входящего сигнала переменного тока) и диоды с барьером Шоттки (SBR). SBR используются в секции APFC (повышающие диоды), а иногда и для процесса выпрямления выходов постоянного тока на вторичной стороне. Диоды Шоттки — это специальные диоды с меньшим прямым падением напряжения, чем обычные диоды. Однако в высокоэффективных блоках питания они полностью заменены полевыми транзисторами, которые рассеивают меньше энергии.Но есть также случаи, когда SBR работают вместе с полевым транзистором, заменяющим его внутренний диод, обеспечивая повышенную эффективность, поскольку фактическое регулирование по-прежнему осуществляется полевым транзистором.

.

Основные компоненты блока питания

Блок питания — это электронная схема, преобразующая переменное напряжение в постоянное. В основном он состоит из следующих элементов: цепей трансформатора, выпрямителя, фильтра и регулятора. Блоки питания (БП) используются в компьютерах, любительских радиопередатчиках и приемниках, а также во всем другом электронном оборудовании, использующем в качестве входа напряжение постоянного тока. Источник бесперебойного питания необходим для компьютеров, которые время от времени хранят изменчивые данные.Это предотвращает повреждение данных из-за сбоя питания и низкого напряжения.

Трансформатор

Трансформатор — это статическое устройство, которое передает электрическую энергию от первичной обмотки ко вторичной обмотке, не влияя на частоту. Он используется для повышения или понижения уровня переменного напряжения и изолирует остальную часть электронной системы от переменного тока.

Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного напряжения, который вырабатывает переменный ток, а вторичная обмотка подключена к нагрузке.Первичная и вторичная обмотки физически не связаны друг с другом, но из-за электромагнитной индукции в соответствии с законом Фарадея во вторичной обмотке возникает индуцированное напряжение. Трансформаторы выполняют три основные функции, а именно: повышение напряжения, понижение напряжения и обеспечение изоляции между первичной и вторичной цепями.

Выпрямитель

Выпрямитель — это устройство, используемое для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный ток. Основным выпрямителем является диод.Этот диод представляет собой однонаправленное устройство, которое работает как выпрямитель в прямом направлении. Три основные схемы выпрямителя с использованием диодов — это полуволновой, двухполупериодный с центральным ответвлением и двухполупериодный мостовой тип.

Фильтр

Фильтр источника питания используется для предотвращения появления составляющих пульсаций на выходе. Он предназначен для преобразования пульсирующего постоянного тока из выпрямительных цепей в достаточно плавный уровень постоянного тока. Два основных типа фильтров источника питания — это емкостной фильтр (C-фильтр) и RC-фильтр.C-фильтр — самый простой и экономичный из имеющихся фильтров. С другой стороны, RC-фильтр используется для уменьшения количества пульсаций напряжения на конденсаторном фильтре. Его основная функция — пропускать большую часть постоянной составляющей и ослаблять переменную составляющую сигнала.

Коэффициент пульсации и пульсации

Пульсация — это нежелательная составляющая переменного тока сигнала после выпрямления. Это нежелательно, потому что это может разрушить или повредить груз. Это основная причина, по которой в блоке питания устанавливаются фильтры — для предотвращения сильной пульсации.Задача фильтра — сглаживать сигнал и подавлять переменную составляющую или вариации. Коэффициент пульсаций — это отношение среднеквадратического значения пульсаций напряжения к значению постоянной составляющей при выходном напряжении. Иногда это выражается в процентах или в размахе. Коэффициент пульсации определяет эффективность фильтра, используемого в схеме.

Регуляторы напряжения

Стабилизатор напряжения разработан для обеспечения стабильного или хорошо регулируемого выхода постоянного тока. Всегда идеально иметь стабильное выходное напряжение, чтобы нагрузка работала правильно.Выходной уровень сохраняется независимо от изменения входного напряжения. Обычно используемые транзисторные регуляторы напряжения — это последовательный регулятор напряжения и шунтирующий регулятор напряжения.

Регулятор напряжения серии

Последовательный элемент управляет величиной нерегулируемого входного напряжения, которое поступает на выход в качестве регулируемого выхода. Регулируемое выходное напряжение измеряется схемой, которая обеспечивает обратную связь со схемой компаратора, и сравнивается с опорным напряжением.

Шунтирующий регулятор напряжения

Шунтирующий регулятор напряжения обеспечивает регулирование путем отвода тока от нагрузки для регулирования выходного напряжения.

IC напряжения Регуляторы

Регулятора

интегральная схема (IC), устройство содержит схему — эталонный источник, компаратор, усилитель, устройство управления и устройство защиты от перегрузки — внутри одной ИС. Существуют также регулируемые регуляторы напряжения, которые позволяют пользователю установить желаемый выходной уровень.Другие регуляторы IC имеют фиксированные выходные значения. Говорят, что стабилизаторы IC превосходят транзисторные регуляторы напряжения, когда дело касается линейности выходного напряжения.

.

Что такое блок питания?

Обновлено: 07.10.2019, Computer Hope

Сокращенно PS или P / S , блок питания или PSU (блок питания ) — это аппаратный компонент компьютера, который питает все остальные компоненты. Блок питания преобразует 110–115 или 220–230 вольт переменного тока (переменного тока) в устойчивый низковольтный постоянный ток (постоянный ток), используемый компьютером и рассчитываемый по количеству генерируемых ватт.На изображении показан Antec True 330, блок питания мощностью 330 Вт.

Осторожно

Никогда не открывайте корпус блока питания. Он содержит конденсаторы, способные удерживать сильный электрический заряд, даже если компьютер выключен и отключен от сети на длительное время.

Наконечник

Вы можете защитить свой блок питания и компьютер от скачков и падений напряжения, купив ИБП (источник бесперебойного питания). Если вы не можете позволить себе ИБП, убедитесь, что компьютер хотя бы подключен к сетевому фильтру.

Где в компьютере находится блок питания?

Блок питания расположен на задней панели компьютера, обычно вверху. Однако во многих более поздних корпусах для компьютеров в корпусе Tower источник питания расположен в задней части корпуса. В корпусе настольного компьютера (моноблок) блок питания расположен сзади слева или сзади справа.

Детали на задней стороне блока питания

Ниже приведен список деталей, которые вы можете найти на задней панели блока питания.

• Подключение шнура питания к компьютеру.
• Вентилятор, выходящий из блока питания.
• Красный переключатель для изменения напряжения питания.
• Кулисный переключатель для включения и выключения питания.

На передней панели блока питания, которая не видна, если компьютер не вскрыт, вы найдете несколько кабелей. Эти кабели подключаются к материнской плате компьютера и другим внутренним компонентам. Блок питания подключается к материнской плате с помощью разъема в стиле ATX и может иметь один или несколько из следующих кабелей для подключения питания к другим устройствам.

Детали, обнаруженные внутри блока питания

Ниже приведен список деталей внутри блока питания.

• Выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянный.
• Фильтр, который сглаживает постоянный ток, исходящий от выпрямителя.
• Трансформатор, который регулирует входящее напряжение, повышая или понижая его.
• Стабилизатор напряжения, который управляет выходным напряжением постоянного тока, позволяя подавать необходимое количество энергии, вольт или ватт, на компьютерное оборудование.

Порядок работы этих внутренних компонентов источника питания следующий.

1. Трансформатор
2. Выпрямитель
3. Фильтр
4. Регулятор напряжения

Какие элементы питаются от БП компьютера?

Все, что находится в корпусе компьютера, питается от источника питания. Например, материнская плата, ОЗУ, ЦП, жесткий диск, дисководы и большинство видеокарт (если таковая имеется в компьютере) потребляют энергию от источника питания.Любые другие внешние устройства и периферийные устройства, такие как компьютерный монитор и принтер, имеют источник питания или потребляют питание по кабелю для передачи данных, как некоторые устройства USB.

Вентилятор всегда работает от источника питания?

Пока компьютер включен, вентилятор (ы) внутри блока питания всегда должен работать. Если вентилятор не работает (вращается), либо компьютер не работает, либо вентилятор вышел из строя, и блок питания следует заменить.

Заметка

Некоторые блоки питания имеют регулируемые элементы управления, которые могут увеличивать или уменьшать скорость вращения вентилятора в зависимости от его температуры.Однако он всегда должен крутиться.

Адаптер переменного тока, Аббревиатуры компьютеров, Термины по оборудованию, Питание, Шнур питания, Выключатель питания, Термины по питанию, Резервный источник питания, SMPS

.