Революция в схемах компьютерных блоков питания полувековой давности / Habr

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.

Дежурный блок питания своими руками

Приветствую, Самоделкины!
В этой статье Роман (автор YouTube канала «Open Frime TV») покажет, как он своими руками собрал простой и надежный источник дежурного питания, который при желании сможет повторить любой желающий.

Не так давно автор закончил один большой проект лабораторного блока питания с регулировкой по высокой стороне. В нем пришлось использовать дежурный блок питания, так как на регулируемых блоках питания делать самозапит нельзя.

В первом варианте схемы Роман использовал дежурку на микросхеме Viper22a.

Но такое решение создавало некоторые проблемы. Во-первых, не у всех есть возможность купить такую микросхему, а во-вторых, есть риск купить не оригинальный компонент, проще говоря нарваться на подделку. Поэтому было принято решение найти во всемирной паутине и испытать в работе схему дежурного блока питания.

Таковая нашлась на сайте «РадиоКот», автор Старичок (Starichok51):

Представленная схема не содержит дефицитных деталей и их всегда можно извлечь из старого не нужного компьютерного блока питания, который найдется практически у каждого радиолюбителя.

При всей своей простоте данная схема обладает высокой надежностью, имеет стабилизацию выходного напряжения и не боится короткого замыкания по выходу. В общем, как говорится, полный комплект. Максимальный ток при напряжении 12В не должен быть более 500мА. Но даже такого тока будет вполне достаточно для питания системы управления, индикации и кулера.

Безусловно данную схему можно использовать и для других нужд. Некоторые элементы схемы будут изменяться в зависимости от параметров выходного напряжения и тока. Такие элементы на схеме имеют специальное обозначение (со звездочкой) и справедливы только для выходного напряжения 12В.

Далее вы увидите все необходимые расчеты. Самое простое здесь — это расчет делителя на tl431.

При номинальном выходном напряжении в указанной точке должно быть ровно 2,5В.

Также стоит отметить некоторые элементы схемы. Во-первых, это силовой транзистор.
В данном случае тут можно использовать MJE13003, MJE13005, и MJE13009.


Транзисторы с такой маркировкой обычно используются в дежурке и в силовой части компьютерных блоков питания.

Входная емкость источника может быть от 22мкФ до 47мкФ с напряжением 400В.

Далее диод Шоттки по выходу.

Тут необходимо использовать диод на 1А и напряжение 100В, это будет являться самым оптимальным вариантом. Выходную емкость выбираете под свои задачи, это должен быть Low ESR конденсатор, причем, чем больше будет его емкость, тем соответственно меньше будут пульсации по выходу.


Теперь можно приступать к изготовлению опытного образца. Для этого первым делом автор нарисовал вот такую печатную плату:

Как видим, по размерам плата получилась довольно компактной. Типоразмер трансформатора был применен Е20, так как только такие были под рукой.

Конечно для данного проекта можно применять и Е16, тогда плата получится еще компактней.

Место под радиатор автор оставил вот такое, произвольное, так как у каждого он будет свой.

Так как это у нас опытный образец, то можно изготовить плату методом ЛУТ, а в дальнейшем можно будет заказать платы на китайском заводе.

Итак, плату изготовили, теперь можно приступать к ее запаиванию.

В этом нет практически никаких сложностей, они наступают далее, когда необходимо будет рассчитать и изготовить трансформатор. Но перед его изготовлением необходимо определиться с напряжением на выходе. Далее с помощью широко известной радиолюбителям программы того же Старичка произведем необходимые вычисления.

Вводим данные в соответствующие поля.

Так как это обратноходовая топология, то трансформатор должен иметь зазор. Помимо этого, данная компьютерная программа посчитаем нам сопротивление резистора датчика тока и снаббер.


Теперь от нас лишь требуется просто купить все необходимые детали согласно выданным программой результатам, ну и соответственно запаять их на плату. Не знаю, что бы мы делали без уважаемого Старичка.
Далее можно приступать к изготовлению трансформатора. В этот раз давайте постараемся сделать все максимально правильно, разделяя первичку на две части для понижения индуктивности рассеивания.

Все обмотки мотаем в одну сторону, начало и конец изображены на печатной плате.

Первым делом необходимо намотать половину первички.

Далее изолируем ее при помощи термоскотча. Это действие необходимо повторять для каждой обмотки.

Следующим шагом мотаем вторичку. При этом крайне желательно, чтобы она поместилась в один слой.


Далее еще слой изоляции и можно приступать к намотке второй половины первички. Мотать необходимо максимально аккуратно виток к витку, если этого не делать, то вместо трансформатора получим греющийся кирпич.

Последним этапом производим намотку самозапита, так как она не столь важна.



Как уже говорилось выше, данному трансформатору необходим зазор. Можно или купить сердечник с готовым зазором, или сделать зазор самостоятельно своими руками. Сам зазор, как мы знаем, необходим для снижения индуктивности обмотки. Если зазора не будет, то сердечник пойдет в насыщение.

Зазор можно сделать буквально из всего что есть под рукой. Автор использовал для этого бумажный лист формата А4.


А теперь вы можете наглядно посмотреть, как изменилась индуктивность, по сравнению с сердечником без зазора.
В завершении необходимо сравнить полученное значение индуктивности с рассчитанной программой Старичка.

Как видим значения практически совпадают. Трансформатор полностью готов, можно устанавливать его на плату.

На этом все, наша дежурка готова. Теперь давайте проверим наш самодельный блок питания в работе. Для этого включаем блок питания в сеть с напряжением 220В, при этом первое подключение желательно произвести через миниатюрную лампу накаливания.

Если все хорошо и ничего не взорвалось, проверяем напряжение на выходе, в данном случае оно должно быть 12В.

Отлично, теперь можно убирать лампочку и включать самоделку напрямую сеть. В качестве нагрузки автор подключил два элемента: кулер и лампу накаливания.

Давайте посмотрим на стабилизацию без нагрузки и с нагрузкой.

Как видим показания мультиметра не изменились, а это значит обратная связь реагирует адекватно. Далее автор решил оставить блок питания на некоторое время включенным для того, чтобы проверить нагрев.

На изображении выше вы можете видеть замеры температуры спустя час работы прибора. В принципе, это не плохой показатель, тем более, что в реальном блоке у автора будет установлен кулер для обдува. В итоге у нас получился довольно неплохой дежурный источник питания.

На этом все. Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видеоролик автора:

Источник Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Принцип работы компьютерного блока питания

Статья написана на основе книги А.В.Головкова и В.Б Любицкого»БЛОКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ СИСТЕМНЫХ МОДУЛЕЙ ТИПА IBM PC-XT/AT» Материал взят с сайта интерлавка. Переменное напряжение сети подается через сетевой выключатель PWR SW через сетевой предохранитель F101 4А, помехоподавляющие фильтры, образованные элементами С101, R101, L101, С104, С103, С102 и дроссели И 02, L103 на:  • выходной трехконтактный разъем, к которому может подстыковываться кабель питания дисплея; • двухконтактный разъем JP1, ответная часть которого находится на плате. С разъема JP1 переменное напряжение сети поступает на: • мостовую схему выпрямления BR1 через терморезистор THR1; • первичную обмотку пускового трансформатора Т1. На выходе выпрямителя BR1 включены сглаживающие емкости фильтра С1, С2. Терморезистор THR ограничивает начальный бросок зарядного тока этих конденсаторов. Переключатель 115V/230V SW обеспечивает возможность питания импульсного блока питания как от сети 220-240В, так и от сети 110/127 В. Высокооомные резисторы R1, R2, шунтирующие конденсаторы С1, С2 являются симметрирующими (выравнивают напряжения на С1 и С2), а также обеспечивают разрядку этих конденсаторов после выключения импульсного блока питания из сети. Результатом работы входных цепей является появление на шине выпрямленного напряжения сети постоянного напряжения Uep, равного +310В, с некоторыми пульсациями. В данном импульсном блоке питания используется схема запуска с принудительным (внешним) возбуждением, которая реализована на специальном пусковом трансформаторе Т1, на вторичной обмотке которого после включения блока питания в сеть появляется переменное напряжение с частотой питающей сети. Это напряжение выпрямляется диодами D25, D26, которые образуют со вторичной обмоткой Т1 двухполупериодную схему выпрямления со средней точкой. СЗО — сглаживающая емкость фильтра, на которой образуется постоянное напряжение, используемое для питания управляющей микросхемы U4.  В качестве управляющей микросхемы в данном импульсном блоке питания традиционно используется ИМС TL494. Питающее напряжение с конденсатора СЗО подается на вывод 12 U4. В результате на выводе 14 U4 появляется выходное напряжение внутреннего опорного источника Uref=-5B, запускается внутренний генератор пилообразного напряжения микросхемы, а на выводах 8 и 11 появляются управляющие напряжения, которые представляют собой последовательности прямоугольных импульсов с отрицательными передними фронтами, сдвинутые друг относительно друга на половину периода. Элементы С29, R50, подключенные к выводам 5 и 6 микросхемы U4 определяют частоту пилообразного напряжения, вырабатываемого внутренним генератором микросхемы.  Согласующий каскад в данном импульсном блоке питания выполнен по бестранзисторной схеме с раздельным управлением. Напряжение питания с конденсатора СЗО подается в средние точки первичных обмоток управляющих трансформаторов Т2, ТЗ. Выходные транзисторы ИМС U4 выполняют функции транзисторов согласующего каскада и включены по схеме с ОЭ. Эмиттеры обоих транзисторов (выводы 9 и 10 микросхемы) подключены к «корпусу». Коллекторными нагрузками этих транзисторов являются первичные полуобмотки управляющих трансформаторов Т2, ТЗ, подключенные к выводам 8, 11 микросхемы U4 (открытые коллекторы выходных транзисторов). Другие половины первичных обмоток Т2, ТЗ с подключенными к ним диодами D22, D23 образуют цепи размагничивания сердечников этих трансформаторов. Трансформаторы Т2, ТЗ управляют мощными транзисторами полумостового инвертора.  Переключения выходных транзисторов микросхемы вызывают появление импульсных управляющих ЭДС на вторичных обмотках управляющих трансформаторов Т2, ТЗ. Под действием этих ЭДС силовые транзисторы Q1, Q2 попеременно открываются с регулируемыми паузами («мертвыми зонами»). Поэтому через первичную обмотку силового импульсного трансформатора Т5 протекает переменный ток в виде пилообразных токовых импульсов. Это объясняется тем, что первичная обмотка Т5 включена в диагональ электрического моста, одно плечо которого образовано транзисторами Q1, Q2, а другое — конденсаторами С1, С2. Поэтому при открывании какого-либо из транзисторов Q1, Q2 первичная обмотка Т5 оказывается подключена к одному из конденсаторов С1 или С2, что и обуславливает протекание через нее тока в течение всего времени, пока открыт транзистор. Демпферные диоды D1, D2 обеспечивают возврат энергии, запасенной в индуктивности рассеяния первичной обмотки Т5 за время закрытого состояния транзисторов Q1, Q2 обратно в источник (рекуперация). Цепочка С4, R7, шунтирующая первичную обмотку Т5, способствует подавлению высокочастотных паразитных колебательных процессов, которые возникают в контуре, образованном индуктивностью первичной обмотки Т5 и ее меж-витковой емкостью, при закрываниях транзисторов Q1, Q2, когда ток через первичную обмотку резко прекращается.  Конденсатор СЗ, включенный последовательно с первичной обмоткой Т5, ликвидирует постоянную составляющую тока через первичную обмотку Т5, исключая тем самым нежелательное подмагничивание его сердечника. Резисторы R3, R4 и R5, R6 образуют базовые делители для мощных транзисторов Q1, Q2 соответственно и обеспечивают оптимальный режим их переключения с точки зрения динамических потерь мощности на этих транзисторах.  Протекание переменного тока через первичную обмотку Т5 обуславливает наличие знакопеременных прямоугольных импульсных ЭДС на вторичных обмотках этого трансформатора. Силовой трансформатор Т5 имеет три вторичные обмотки, каждая из которых имеет вывод от средней точки. Обмотка IV обеспечивает получение выходного напряжения +5В. Диодная сборка SD2 (полумост) образует с обмоткой IV двухполупериодную схему выпрямления со средней точкой (средняя точка обмотки IV заземлена). Элементы L2, СЮ, С11, С12 образуют сглаживающий фильтр в канале +5В. Для подавления паразитных высокочастотных колебательных процессов, возникающих при коммутациях диодов сборки SD2, эти диоды за-шунтированы успокаивающими RC-цепочками С8, R10nC9, R11. Диоды сборки SD2 представляют собой диоды с барьером Шоттки, чем достигается необходимое быстродействие и повышается КПД выпрямителя.  Обмотка III совместно с обмоткой IV обеспечивает получение выходного напряжения +12В вместе с диодной сборкой (полумостом) SD1. Эта сборка образует с обмоткой III двухполупериодную схему выпрямления со средней точкой. Однако средняя точка обмотки III не заземлена, а подключена к шине выходного напряжения +5В. Это даст возможность использовать диоды Шоттки в канале выработки +12В, т.к. обратное напряжение, прикладываемое к диодам выпрямителя при таком включении, уменьшается до допустимого для диодов Шоттки уровня. Элементы L1, С6, С7 образуют сглаживающий фильтр в канале +12В.  Резисторы R9, R12 предназначены для ускорения разрядки выходных конденсаторов шин +5В и +12В после выключения ИБП из сети. RC-цепочка С5, R8 предназначена для подавления колебательных процессов, возникающих в паразитном контуре, образованном индуктивностью обмотки III и ее межвитковой емкостью. Обмотка И с пятью отводами обеспечивает получение отрицательных выходных напряжений -5В и-12В. Два дискретных диода D3, D4 образуют полумост двухполупериодного выпрямления в канале выработки -12В, а диоды D5, D6 — в канале -5В. Элементы L3, С14 и L2, С12 образуют сглаживающие фильтры для этих каналов. Обмотка II, также как и обмотка III, зашунтиро-вана успокоительной RC-цепочкой R13, С13. Средняя точка обмотки II заземлена.  Стабилизация выходных напряжений осуществляются разными способами в разных каналах. Отрицательные выходные напряжения -5В и -12В стабилизируются при помощи линейных интегральных трехвыводных стабилизаторов U4 (типа 7905) и U2 (типа 7912). Для этого на входы этих стабилизаторов подаются выходные напряжения выпрямителей с конденсаторов С14, С15. На выходных конденсаторах С16, С17 получаются стабилизированные выходные напряжения -12В и -5В. Диоды D7, D9 обеспечивают разрядку выходных конденсаторов С16, С17 через резисторы R14, R15 после выключения импульсного блока питания из сети. Иначе эти конденсаторы разряжались бы через схему стабилизаторов, что нежелательно. Через резисторы R14, R15 разряжаются и конденсаторы С14, С15. Диоды D5, D10 выполняют защитную функцию в случае пробоя выпрямительных диодов.  Если хотя бы один из этих диодов (D3, D4, D5 или D6) окажется «пробитым», то в отсутствие диодов D5, D10 ко входу интегрального стабилизатора U1 (или U2) прикладывалось бы положительное импульсное напряжение, а через электролитические конденсаторы С14 или С15 протекал бы переменный ток, что привело бы к выходу их из строя. Наличие диодов D5, D10 в этом случае устраняет возможность возникновения такой ситуации, т.к. ток замыкается через них. Например, в случае, если «пробит» диод D3, положительная часть периода, когда D3 должен быть закрыт, ток замкнется по цепи: к-а D3 — L3 -D7- D5- «корпус». Стабилизация выходного напряжения +5В осуществляется методом ШИМ. Для этого к шине выходного напряжения +5В подключен измерительный резистивный делитель R51, R52. Сигнал, пропорциональный уровню выходного напряжения в канале +5В, снимается с резистора R51 и подается на инвертирующий вход усилителя ошибки DA3 (вывод 1 управляющей микросхемы). На прямой вход этого усилителя (вывод 2) подается опорный уровень напряжения, снимаемый с резистора R48, входящего в делитель VR1, R49, R48, который подключен к выходу внутреннего опорного источника микросхемы U4 Uref=+5B. При изменениях уровня напряжения на шине +5В под воздействием различных дестабилизирующих факторов происходит изменение величины рассогласования (ошибки) между опорным и контролируемым уровнями напряжения на входах усилителя ошибки DA3. В результате ширина (длительность) управляющих импульсов на выводах 8 и 11 микросхемы U4 изменяется таким образом, чтобы вернуть отклонившееся выходное напряжение +5В к номинальному значению (при уменьшении напряжения на шине +5В ширина управляющих импульсов увеличивается, а при увеличении этого напряжения -уменьшается). Устойчивая (без возникновения паразитной генерации) работа всей петли регулирования обеспечивается за счет цепочки частотно-зависимой отрицательной обратной связи, охватывающей усилитель ошибки DA3. Эта цепочка включается между выводами 3 и 2 управляющей микросхемы U4 (R47, С27). Выходное напряжение +12В в данном ИБП не стабилизируется.  Регулировка уровня выходных напряжений в данном ИБП производится только для каналов +5В и +12В. Эта регулировка осуществляется за счет изменения уровня опорного напряжения на прямом входе усилителя ошибки DA3 при помощи подстроечного резистора VR1. При изменении положения движка VR1 в процессе настройки ИБП будет изменяться в некоторых пределах уровень напряжения на шине +5В, а значит и на шине +12В, т.к. напряжение с шины +5В подается в среднюю точку обмотки III. Комбинированная зашита данного ИБП включает в себя:  • ограничивающую схему контроля ширины управляющих импульсов; • полную схему защиты от КЗ в нагрузках; • неполную схему контроля выходного перенапряжения (только на шине +5В). Рассмотрим каждую из этих схем.  Ограничивающая схема контроля использует в качестве датчика трансформатор тока Т4, первичная обмотка которого включена последовательно с первичной обмоткой силового импульсного трансформатора Т5. Резистор R42 является нагрузкой вторичной обмотки Т4, а диоды D20, D21 образуют двухпо-лупериодную схему выпрямления знакопеременного импульсного напряжения, снимаемого с нагрузки R42. Резисторы R59, R51 образуют делитель. Часть напряжения сглаживается конденсатором С25. Уровень напряжения на этом конденсаторе пропорционально зависит от ширины управляющих импульсов на базах силовых транзисторов Q1, Q2. Этот уровень через резистор R44 подается на инвертирующий вход усилителя ошибки DA4 (вывод 15 микросхемы U4). Прямой вход этого усилителя (вывод 16) заземлен. Диоды D20, D21 включены так, что конденсатор С25 при протекании тока через эти диоды заряжается до отрицательного (относительно общего провода) напряжения.  В нормальном режиме работы, когда ширина управляющих импульсов не выходит за допустимые пределы, потенциал вывода 15 положителен, благодаря связи этого вывода через резистор R45 с шиной Uref. При чрезмерном увеличении ширины управляющих импульсов по какой-либо причине, отрицательное напряжение на конденсаторе С25 возрастает, и потенциал вывода 15 становится отрицательным. Это приводит к появлению выходного напряжения усилителя ошибки DA4, которое до этого было равно 0В. Дальнейший рост ширины управляющих импульсов приводит к тому, что управление переключениями ШИМ-ком-паратора DA2 передается к усилителю DA4, и последующего за этим увеличения ширины управляющих импульсов уже не происходит (режим ограничения), т.к. ширина этих импульсов перестает зависеть от уровня сигнала обратной связи на прямом входе усилителя ошибки DA3.  Схема защиты от КЗ в нагрузках условно может быть разделена на защиту каналов выработки положительных напряжений и защиту каналов выработки отрицательных напряжений, которые схемотехнически реализованы примерно одинаково. Датчиком схемы защиты от КЗ в нагрузках каналов выработки положительных напряжений (+5В и +12В) является диодно-резистивный делитель D11, R17, подключенный между выходными шинами этих каналов. Уровень напряжения на аноде диода D11 является контролируемым сигналом. В нормальном режиме работы, когда напряжения на выходных шинах каналов +5В и +12В имеют номинальные величины, потенциал анода диода D11 составляет около +5,8В, т.к. через делитель-датчик протекает ток с шины +12В на шину +5В по цепи: шина +12В — R17- D11 — шина +56. Контролируемый сигнал с анода D11 подается на резистивный делитель R18, R19. Часть этого напряжения снимается с резистора R19 и подается на прямой вход компаратора 1 микросхемы U3 типа LM339N. На инвертирующий вход этого компаратора подается опорный уровень напряжения с резистора R27 делителя R26, R27, подключенного к выходу опорного источника Uref=+5B управляющей микросхемы U4. Опорный уровень выбран таким, чтобы при нормальном режиме работы потенциал прямого входа компаратора 1 превышал бы потенциал инверсного входа. Тогда выходной транзистор компаратора 1 закрыт, и схема ИБП нормально функционирует в режиме ШИМ.  В случае КЗ в нагрузке канала +12В, например, потенциал анода диода D11 становится равным 0В, поэтому потенциал инвертирующего входа компаратора 1 станет выше, чем потенциал прямого входа, и выходной транзистор компаратора откроется. Это вызовет закрывание транзистора Q4, который нормально открыт током базы, протекающим по цепи: шина Upom — R39 — R36 -б-э Q4 — «корпус». Открывание выходного транзистора компаратора 1 подключает резистор R39 к «корпусу», и поэтому транзистор Q4 пассивно закрывается нулевым смещением. Закрывание транзистора Q4 влечет за собой зарядку конденсатора С22, который выполняет функцию звена задержки срабатывания защиты. Задержка необходима из тех соображений, что в процессе выхода ИБП на режим, выходные напряжения на шинах +5В и +12В появляются не сразу, а по мере зарядки выходных конденсаторов большой емкости. Опорное же напряжение от источника Uref, напротив, появляется практически сразу же после включения ИБП в сеть. Поэтому в пусковом режиме компаратор 1 переключается, его выходной транзистор открывается, и если бы задерживающий конденсатор С22 отсутствовал, то это привело бы к срабатыванию защиты сразу при включении ИБП в сеть. Однако в схему включен С22, и срабатывание защиты происходит лишь после того как напряжение на нем достигнет уровня, определяемого номиналами резисторов R37, R58 делителя, подключенного к шине Upom и являющегося базовым для транзистора Q5. Когда это произойдет, транзистор Q5 открывается, и резистор R30 оказывается подключен через малое внутреннее сопротивление этого транзистора к «корпусу». Поэтому появляется путь для протекания тока базы транзистора Q6 по цепи: Uref — э-6 Q6 — R30 — к-э Q5 -«корпус».  Транзистор Q6 открывается этим током до насыщения, в результате чего напряжение Uref=5B, которым запитан по эмиттеру транзистор Q6, оказывается приложенным через его малое внутреннее сопротивление к выводу 4 управляющей микросхемы U4. Это, как было показано ранее, ведет к останову работы цифрового тракта микросхемы, пропаданию выходных управляющих импульсов и прекращению переключении силовых транзисторов Q1, Q2, т.е. к защитному отключению. КЗ в нагрузке канала +5В приведет к тому, что потенциал анода диода D11 будет составлять всего около +0.8В. Поэтому выходной транзистор компаратора (1) окажется открыт, и произойдет защитное отключение. Аналогичным образом построена защита от КЗ в нагрузках каналов выработки отрицательных напряжений (-5В и -12В) на компараторе 2 микросхемы U3. Элементы D12, R20 образуют диодно-резистивный делитель-датчик, подключаемый между выходными шинами каналов выработки отрицательных напряжений. Контролируемым сигналом является потенциал катода диода D12. При КЗ в нагрузке канала -5В или -12В, потенциал катода D12 повышается (от -5,8 до 0В при КЗ в нагрузке канала -12В и до -0,8В при КЗ в нагрузке канала -5В). В любом из этих случаев открывается нормально закрытый выходной транзистор компаратора 2, что и обуславливает срабатывание защиты по приведенному выше механизму. При этом опорный уровень с резистора R27 подается на прямой вход компаратора 2, а потенциал инвертирующего входа определяется номиналами резисторов R22, R21. Эти резисторы образуют двуполярно запитанный делитель (резистор R22 подключен к шине Uref=+5B, а резистор R21 — к катоду диода D12, потенциал которого в нормальном режиме работы ИБП, как уже отмечалось, составляет -5,8В). Поэтому потенциал инвертирующего входа компаратора 2 в нормальном режиме работы поддерживается меньшим, чем потенциал прямого входа, и выходной транзистор компаратора будет закрыт. Защита от выходного перенапряжения на шине +5В реализована на элементах ZD1, D19, R38, С23. Стабилитрон ZD1 (с пробивным напряжением 5,1В) подключается к шине выходного напряжения +5В. Поэтому, пока напряжение на этой шине не превышает +5,1 В, стабилитрон закрыт, а также закрыт транзистор Q5. В случае увеличения напряжения на шине +5В выше +5,1В стабилитрон «пробивается», и в базу транзистора Q5 течет отпирающий ток, что приводит к открыванию транзистора Q6 и появлению напряжения Uref=+5B на выводе 4 управляющей микросхемы U4, т.е. к защитному отключению. Резистор R38 является балластным для стабилитрона ZD1. Конденсатор С23 предотвращает срабатывание защиты при случайных кратковременных выбросах напряжения на шине +5В (например, в результате установления напряжения после скачкообразного уменьшения тока нагрузки). Диод D19 является развязывающим.  Схема образования сигнала PG в данном импульсном блоке питания является двухфункциональной и собрана на компараторах (3) и (4) микросхемы U3 и транзисторе Q3.  Схема построена на принципе контроля наличия переменного низкочастотного напряжения на вторичной обмотке пускового трансформатора Т1, которое действует на этой обмотке лишь при наличии питающего напряжения на первичной обмотке Т1, т.е. пока импульсный блок питания включен в питающую сеть. Практически сразу после включения ИБП в питающую сеть появляется вспомогательное напряжение Upom на конденсаторе СЗО, которым запитывается управляющая микросхема U4 и вспомогательная микросхема U3. Кроме того, переменное напряжение со вторичной обмотки пускового трансформатора Т1 через диод D13 и то-коограничивающий резистор R23 заряжает конденсатор С19. Напряжением с С19 запитывается резистивный делитель R24, R25. С резистора R25 часть этого напряжения подается на прямой вход компаратора 3, что приводит к закрыванию его выходного транзистора. Появляющееся сразу вслед за этим выходное напряжение внутреннего опорного источника микросхемы U4 Uref=+5B за-питывает делитель R26, R27. Поэтому на инвертирующий вход компаратора 3 подается опорный уровень с резистора R27. Однако этот уровень выбран меньшим, чем уровень на прямом входе, и поэтому выходной транзистор компаратора 3 остается в закрытом состоянии. Поэтому начинается процесс зарядки задерживающей емкости С20 по цепи: Upom — R39 — R30 — С20 — «корпус». Растущее по мере зарядки конденсатора С20 напряжение подается на инверсный вход 4 микросхемы U3. На прямой вход этого компаратора подается напряжение с резистора R32 делителя R31, R32, подключенного к шине Upom. Пока напряжение на заряжающемся конденсаторе С20 не превышает напряжения на резисторе R32, выходной транзистор компаратора 4 закрыт. Поэтому в базу транзистора Q3 протекает открывающий ток по цепи: Upom — R33 — R34 — 6-э Q3 — «корпус». Транзистор Q3 открыт до насыщения, а сигнал PG, снимаемый с его коллектора, имеет пассивный низкий уровень и запрещает запуск процессора. За это время, в течение которого уровень напряжения на конденсаторе С20 достигает уровня на резисторе R32, импульсный блок питания успевает надежно выйти в номинальный режим работы, т.е. все его выходные напряжения появляются в полном объеме. Как только напряжение на С20 превысит напряжение, снимаемое с R32, компаратор 4 переключится, него выход ной транзистор откроется. Это повлечет за собой закрывание транзистора Q3, и сигнал PG, снимаемый с его коллекторной нагрузки R35, становится активным (Н-уровня) и разрешает запуск процессора. При выключении импульсного блока питания из сети на вторичной обмотке пускового трансформатора Т1 переменное напряжение исчезает. Поэтому напряжение на конденсаторе С19 быстро уменьшается из-за малой емкости последнего (1 мкф). Как только падение напряжения на резисторе R25 станет меньше, чем на резисторе R27, компаратор 3 переключится, и его выходной транзистор откроется. Это повлечет за собой защитное отключение выходных напряжений управляющей микросхемы U4, т.к. откроется транзистор Q4. Кроме того, через открытый выходной транзистор компаратора 3 начнется процесс ускоренной разрядки конденсатора С20 по цепи: (+)С20 — R61 — D14 — к-э выходного транзистора компаратора 3 — «корпус». Как только уровень напряжения на С20 станет меньше, чем уровень напряжения на R32, компаратор 4 переключится, и его выходной транзистор закроется. Это повлечет за собой открывание транзистора Q3 и переход сигнала PG в неактивный низкий уровень до того, как начнут недопустимо уменьшаться напряжения на выходных шинах ИБП. Это приведет к инициализации сигнала системного сброса компьютера и к исходному состоянию всей цифровой части компьютера.  Оба компаратора 3 и 4 схемы выработки сигнала PG охвачены положительными обратными связями с помощью резисторов R28 и R60 соответственно, что ускоряет их переключение. Плавный выход на режим в данном ИБП традиционно обеспечивается при помощи формирующей цепочки С24, R41, подключенной к выводу 4 управляющей микросхемы U4. Остаточное напряжение на выводе 4, определяющее максимально возможную длительность выходных импульсов, задается делителем R49, R41. Питание двигателя вентилятора осуществляется напряжением с конденсатора С14 в канале выработки напряжения -12В через дополнительный развязывающий Г-образный фильтр R16, С15.

Ты и диод: Ремонтируем и модернизируем бюджетные источники питания |

Введение

Большой плюс компьютерного блока питания состоит в том, что он стабильно работает при изменении сетевого напряжения от 180 до 250 В, причем некоторые экземпляры работают и при большем разбросе напряжений. От блока мощностью 200 Вт реально получить полезный ток нагрузки 15-17 А, а в импульсном (кратковременном режиме повышенной нагрузки) – вплоть до 22 А. Компьютерные БП типового ряда, соответствующие стандарту ATX12 и предназначенные для использования в ПК на базе процессоров Intel Pentium IV и ниже, чаще всего выполнены на микросхемах 2003, AT2005Z, SG6105, KA3511, LPG-899, DR-B2002, IW1688. Подобные устройства содержат меньшее количество дискретных элементов на плате, имеют меньшую стоимость, чем построенные на основе популярного ШИМ – микросхемы TL494. В данном материале мы рассмотрим несколько подходов по ремонту вышеупомянутых блоков питания и дадим несколько практических советов.

Блоки и схемы

Компьютерный блок питания можно применять не только по прямому назначению, но и в виде источников для широкого спектра электронных конструкций для дома, требующих для своей работы постоянного напряжения 5 и 12 В. Путем незначительной переделки, описанной ниже, сделать это совсем не трудно. А приобрести БП ПК можно отдельно как в магазине, так и бывший в употреблении на любом радиорынке (если не хватает собственных «закромов») за символическую цену.

Этим блок питания компьютера выгодно отличается в перспективе применения в домашней лаборатории радиомастера от всех других промышленных вариантов. Для примера мы возьмем блоки JNC моделей LC-B250ATX и LC-B350ATX, а также InWin IP-P300AQ2, IP-P350AQ2, IP-P400AQ2, IP-P350GJ20, которые используют в своей конструкции микросхему 2003 IFF LFS 0237E. В некоторых других встречаются BAZ7822041H или 2003 BAY05370332H. Все эти микросхемы конструктивно отличаются друг от друга назначением выводов и «начинкой», но принцип работы у них одинаковый. Так микросхема 2003 IFF LFS 0237E (далее будем называть ее 2003) – это ШИМ (широтно-импульсный модулятор сигналов) в корпусе DIP-16. До недавнего времени большинство бюджетных компьютерных БП производства китайских фирм выполнялось на основе микросхемы ШИМ-контроллера TL494 фирмы Texas Instruments (http://www.ti.com) или ее аналогов других фирм-производителей, таких как Motorola, Fairchild, Samsung и прочих. Эта же микросхема имеют отечественный аналог КР1114ЕУ4 и КР1114ЕУ3 (цоколевка выводов в отечественном исполнении различная). Изучим для начала методы диагностики и тестирования неполадок

Как изменить входное напряжение

Сигнал, уровень которого пропорционален мощности нагрузки преобразователя, снимается со средней точки первичной обмотки разделительного трансформатора Т3, далее через диод D11 и резистор R35 поступает на корректирующую цепочку R42R43R65C33, после которой подается на вывод PR микросхемы. Поэтому в данной схеме устанавливать приоритет защиты по какому-либо одному напряжению затруднительно. Здесь пришлось бы сильно изменить схему, что нерентабельно по затратам времени.
В других схемах компьютерных БП, к примеру, в LPK-2-4 (300 Вт), напряжение с катода сдвоенного диода Шоттки типа S30D40C, выпрямителя выходного напряжения +5 В, поступает на вход UVac микросхемы U2 и используется для контроля входного питающим переменным напряжением БП. Регулируемое выходное напряжение бывает полезно для домашней лаборатории. К примеру, для питания от компьютерного БП электронных устройств для легкового автомобиля, где напряжение в бортовой сети (при работающем двигателе) 12.5-14 В. Чем больше уровень напряжения, тем больше полезная мощность электронного устройства. Особенно это важно для радиостанций. Для примера рассмотрим адаптацию популярной радиостанции (трансивера) к нашему БП LC-B250ATX – повышение напряжения по шине 12 В до 13.5-13.8 В.
Припаиваем подстроечный резистор, к примеру, СП5-28В (желательно с индексом «В» в обозначении – признак линейности характеристики) сопротивлением 18-22 кОм между выводом 6 микросхемы U2 и шиной +12 В. На выход +12 В устанавливаем автомобильную лампочку 5-12 Вт в качестве эквивалента нагрузки (можно подключить и постоянный резистор 5-10 Ом с мощностью рассеяния от 5 Вт и выше). После рассмотренной незначительной доработки БП вентилятор можно не подключать и саму плату в корпус не вставлять. Запускаем БП, к шине +12 В подключаем вольтметр и контролируем напряжение. Вращением движка переменного резистора устанавливаем выходное напряжение 13.8 В.
Выключаем питание и замеряем омметром получившееся сопротивление подстроечного резистора. Теперь между шиной +12 В и выводом 6 микросхемы U2 припаиваем постоянный резистор соответствующего сопротивления. Таким же образом можно скорректировать напряжение по выходу +5 В. Сам же ограничительный резистор подключают к выводу 4 микросхемы 2003 IFF LFS 0237E.

Принцип работы схемы 2003

Напряжение питания Vcc (вывод 1) на микросхему U2 поступает от источника дежурного напряжения +5V_SB. На отрицательный вход усилителя ошибки IN микросхемы (вывод 4) поступает сумма выходных напряжений ИП +3.3 В, +5 В и +12 В. Сумматор выполнен соответственно на резисторах R57, R60, R62. Управляемый стабилитрон микросхемы U2 используется в схеме оптронной обратной связи в источнике дежурного напряжения +5V_SB, второй стабилитрон используется в схеме стабилизации выходного напряжения +3.3V. Схема управления выходным полумостовым преобразователем БП выполнена по двухтактной схеме на транзисторах Q1, Q2 (обозначение на печатной плате) типа Е13009 и трансформаторе Т3 типа EL33-ASH по стандартной схеме, применяемой в компьютерных блоках.

Взаимозаменяемые транзисторы – MJE13005, MJE13007, Motorola MJE13009 выпускают многие зарубежные фирмы-производители, поэтому вместо аббревиатуры MJE в маркировке транзистора могут присутствовать символы ST, PHE, KSE, HA, MJF и другие. Для питания схемы используется отдельная обмотка трансформатора дежурного режима Т2 типа EE-19N. Чем большую мощность имеет трансформатор Т3 (чем толще провод использован в обмотках), тем больше выходной ток самого блока питания. В некоторых печатных платах, которые мне приходилось ремонтировать, «раскачивающие» транзисторы имели наименование 2SC945 и Н945Р, 2SC3447, 2SC3451, 2SC3457, 2SC3460(61), 2SC3866, 2SC4706, 2SC4744, BUT11A, BUT12A, BUT18A, BUV46, MJE13005, а обозначение на плате было указано как Q5 и Q6. И при этом на плате было всего 3 транзистора! Сама же микросхема 2003 IFF LFS 0237E была обозначена как U2, и при этом на плате нет ни одного обозначения U1 или U3. Однако оставим эту странность в обозначении элементов на печатных плата на совести китайского производителя. Сами обозначения не принципиальны. Главное отличие рассматриваемых блоков питания типа LC-B250ATX – наличие на плате одной микросхемы типа 2003 IFF LFS 0237E и внешний вид платы.
В микросхеме применен управляемый стабилитрон (выводы 10, 11), аналогичный TL431. Он используется для стабилизации цепи питания 3.3 В. Отмечу, что в моей практике ремонта блоков питания вышеупомянутая схема – самое слабое место в компьютерном БП. Однако прежде чем менять микросхему 2003, рекомендую сначала проверить саму цепь.

Диагностика ATX блоков питания на микросхеме 2003

Если блок питания не запускается, то нужно в первую очередь снять крышку корпуса и проверить оксидные конденсаторы и другие элементы на печатной плате внешним осмотром. Оксидные (электролитические) конденсаторы явно подлежат замене, если их корпуса вздуты и если они имеют сопротивление менее 100 кОм. Определяется это «прозвонкой» омметром, к примеру, моделью М830 в соответствующем режиме измерений. Одна из часто встречающихся неисправностей БП на основе микросхемы 2003 – отсутствие стабильного запуска. Запуск производится кнопкой Power на передней панели системного блока, при этом контакты кнопки замыкаются, причем вывод 9 микросхемы U2 (2003 и аналогичной) соединяется с «корпусом» общим проводом.

В «косе» это, как правило, зеленый и черный провода. Для того чтобы быстро восстановить работоспособность устройства, достаточно отсоединить от печатной платы вывод 9 микросхемы U2. Теперь БП должен включаться стабильно путем нажатия на клавишу задней панели системного блока. Этот метод хорош тем, что позволяет и далее без ремонта, который не всегда выгоден материально, использовать морально устаревший компьютерный БП, или тогда, когда блок используется не по назначению, к примеру, для питания электронных конструкций в домашней радиолюбительской лаборатории.
Если перед включением питания удерживать нажатой кнопку «reset» и отпускать через несколько секунд, то системой будет имитироваться увеличение задержки сигнала Power Good. Так можно проверить причины неисправности потери данных в СМОS (ведь не всегда «виновата» батарейка). Если данные, к примеру, время, периодически теряются, то следует проверить задержку при отключении. Для этого «reset» нажимается перед отключением питания и удерживается еще несколько секунд, имитируя ускорение снятия сигнала Power Good. Если при таком выключении данные сохраняются, дело в большой задержке при выключении.

Увеличение мощности

На печатной плате установлены два высоковольтных электролитических конденсатора емкостью 220 мкФ. Для улучшения фильтрации, ослабления импульсных помех и в итоге для обеспечения устойчивости компьютерного БП к максимальным нагрузкам эти конденсаторы заменяют на аналоги большей емкости, к примеру, 680 мкФ на рабочее напряжение 350 В. Пробой, потеря емкости или обрыв оксидного конденсатора в схеме БП уменьшает или сводит на нет фильтрацию питающего напряжения. Напряжение на обкладках оксидного конденсатора в устройствах БП порядка 200 В, а емкость находится в диапазоне 200-400 мкФ. Китайские производители (VITO, Feron и другие) устанавливает, как правило, самые дешевые пленочные конденсаторы, не сильно заботясь ни о температурном режиме, ни о надежности устройства. Оксидный конденсатор в данном случае применяется в устройстве БП в качестве высоковольтного фильтра питания, поэтому должен быть высокотемпературным. Несмотря на рабочее напряжение, указанное на таком конденсаторе 250-400 В (с запасом, как и положено), он все равно «сдает» по причине своего низкого качества.
Для замены рекомендую оксидные конденсаторы фирм КХ, CapXon, а именно HCY CD11GH и ASH-ELB043 – это высоковольтные оксидные конденсаторы, специально разработанные для применения в электронных устройствах питания. Даже если внешний осмотр не позволил найти неисправные конденсаторы, мы следующим шагом все равно выпаиваем кондеры на шине +12 В и вместо них устанавливаем аналоги большей емкости: 4700 мкФ на рабочее напряжение 25 В. Сам участок печатной платы БП ПК с оксидными конденсаторами по питанию, подлежащими замене, представлен на рисунке 4. Вентилятор мы аккуратно снимаем и устанавливаем наоборот – так, чтобы он дул внутрь, а не наружу. Такая модернизация улучшает охлаждение радиоэлементов и в итоге повышает надежность устройства при длительной эксплуатации. Капля машинного или бытового масла в механических деталях вентилятора (между крыльчаткой и осью электродвигателя) не помешает. По моему опыту, можно сказать, что значительно уменьшается шум нагнетателя при работе.

Замена диодных сборок на более мощные

На печатной плате блока питания диодные сборки установлены на радиаторах. В центре установлена сборка UF1002Г (по питанию 12 В), справа на этом радиаторе установлена диодная сборка D92-02, обеспечивающая питание –5 В. Если такое напряжение в домашней лаборатории не нужно, данную сборку типа можно безвозвратно выпаять. В целом D92-02 рассчитана на ток до 20 А и напряжение 200 В (в импульсном кратковременном режиме в разы больший), поэтому она вполне подходит для установки вместо UF1002Г (ток до 10 А).
На рис. 6 представлен внешний вид диодных сборок UF1002Г и более мощной Fuji D92-02 в корпусе ТО-247. Диодную сборку Fuji D92-02 можно заменить, например, на S16C40C, S15D40C или S30D40C. Все они, в данном случае, для замены подходят. У диодов с барьером Шоттки меньше падение напряжения и, соответственно, нагрев.
Особенность замены в том, что «штатная» диодная сборка по выходу (шина 12 В) UF1002Г имеет полностью пластмассовый корпус из композита, поэтому крепится к общему радиатору или проводящей ток пластине с помощью термопасты. А диодная сборка Fuji D92-02 (и аналогичные) имеет металлическую пластину в корпусе, что предполагает особую осторожность при ее установке на радиатор, то есть через обязательную изолирующую прокладку и диэлектрическую шайбу под винт. Причина выхода из строя диодных сборок UF1002Г состоит в выбросах напряжения на диодах с амплитудой, увеличивающейся при работе БП под нагрузкой. При малейшем превышении допустимого обратного напряжения диоды Шотки получают необратимый пробой, поэтому рекомендуемая замена на более мощные диодные сборки в случае перспективного использования БП с мощной нагрузкой вполне оправдана. Наконец, есть один совет, который позволит проверить работоспособность защитного механизма. Закоротим тонким проводом, к примеру, МГТФ-0.8, шину +12 В на корпус (общий провод). Так должно полностью пропасть напряжение. Чтобы оно восстановилось – выключим БП на пару минут для разряда высоковольтных конденсаторов, снимем шунт (перемычку), удалим эквивалент нагрузки и включим БП снова; он заработает в штатном режиме. Переделанные таким образом компьютерные блоки питания работают годами в режиме 24 часа с полной нагрузкой.

Вывод питания

Положим, необходимо использовать блок питания в бытовых целях и требуется вывести из блока две клеммы. Я сделал это с помощью двух (одинаковой длины) отрезков ненужного провода сетевого питания компьютерного БП и подключил к клеммнику все три предварительно пропаянные жилы в каждом проводнике. Для уменьшения потери мощности в проводниках, идущих от БП к нагрузке, подойдет и другой электрический кабель с медной (меньше потери) многожильный кабель – к примеру, ПВСН 2×2.5, где 2.5 – это есть сечение одного проводника. Также можно не выводить провода на клеммник, а выход 12 В подключить в корпусе БП ПК к неиспользуемому разъему сетевого кабеля монитора ПК.

Назначение выводов микросхемы 2003

• PSon 2 – Вход сигнала PS_ON, управляющего работой БП: PSon=0, БП включен, присутствуют все выходные напряжения; PSon=1, БП выключен, присутствует только дежурное напряжение +5V_SB
• V33-3 – Вход напряжения +3.3 В
• V5-4 – Вход напряжения +5 В
• V12-6 – Вход напряжения +12 В
• OP1/OP2-8/7 – Выходы управления двухтактным полумостовым преобразователем БП
• PG-9 – Тестирование. Выход с открытым коллектором сигнала PG (Power Good): PG=0, одно или несколько выходных напряжений не соответствуют норме; PG=1, выходные напряжения БП находятся в заданных пределах
• Vref1-11 – Управляющий электрод управляемого стабилитрона
• Fb1-10 – Катод управляемого стабилитрона
• GND-12 – Общий провод
• COMP-13 – Выход усилителя ошибки и отрицательный вход компаратора ШИМ
• IN-14 – Отрицательный вход усилителя ошибки
• SS-15 – Положительный вход усилителя ошибки, подключен к внутреннему источнику Uref=2.5 В. Вывод используется для организации «мягкого старта» преобразователя
• Ri-16 – Вход для подключения внешнего резистора 75 кОм
• Vcc-1 – Напряжение питания, подключается к дежурному источнику +5V_SB
• PR-5 – Вход для организации защиты БП

Мощный блок питания путем модернизации блоков меньшей мощности

Прогресс не стоит на месте. Производительность компьютеров стремительно растет. А с увеличением производительности растет и энергопотребление. Если раньше на блок питания почти не обращалось внимания, то теперь, после заявления nVidia о рекомендованной мощности питания для своих топовых решений в 480 Вт, все немного изменилось. Да и процессоры потребляют все больше и больше, а если еще все это как следует разогнать…

C ежегодным апгрейдом процессора, материнки, памяти, видео, я давно смирился, как с неизбежным. Но апгрейд блока питания меня почему-то здорово нервирует. Если железо прогрессирует кардинально, то в схемотехнике блока питания таких принципиальных изменений практически нет. Ну, транс побольше, провода на дросселях потолще, диодные сборки помощнее, конденсаторы… Неужели нельзя купить блок питания помощнее, так сказать на вырост, и жить хотя бы пару лет спокойно. Не задумываясь о такой относительно простой вещи, как качественное электропитание.

Казалось чего бы проще, купи блок питания самой большой мощности, какую найдешь, и наслаждайся спокойной жизнью. Но не тут то было. Почему-то все работники компьютерных фирм уверены, что 250-ти ваттного блока питания хватит вам с избытком. И, что бесит больше всего, начинают безапелляционно поучать и безосновательно доказывать свою правоту. Тогда на это резонно замечаешь, что знаешь, чего хочешь и готов за это платить и надо побыстрее достать то, чего спрашивают и заработать законную прибыль, а не злить незнакомого человека своими бессмысленными, ничем не подкрепленными уговорами. Но это только первое препятствие. Идем дальше.

Допустим, вы все же нашли мощный блок питания, и тут вы видите, например, такую запись в прайсе

• Power Man PRO HPC 420W – 59 уе
• Power Man PRO HPC 520W – 123 уе

При разнице в 100 ватт цена выросла вдвое. А уж если брать с запасом, то нужно 650 или больше. Сколько это будет стоить? И это еще не все!

В подавляющем большинстве современных блоков питания используется микросхема SG6105. А схема включения ее, имеет одну очень неприятную особенность – она не стабилизирует напряжения 5 и 12 вольт, а на ее вход подается среднее значение этих двух напряжений, полученное с резисторного делителя. И стабилизирует она это среднее значение. Из-за этой особенности часто происходит такое явление, как «перекос напряжений». Ранее использовали микросхемыTL494, MB3759, KA7500. Они имеют ту же особенность. Приведу цитату из статьи господина Коробейникова.

«…Перекос напряжений возникает из-за неравномерного распределения нагрузки по шинам +12 и +5 Вольт. Например, процессор запитан от шины +5В, а на шине +12 висит жёсткий диск и CD привод. Нагрузка на +5В во много раз превышает нагрузку на +12В. 5 вольт проваливается. Микросхема увеличивает duty cycle и +5В приподнимается, но ещё сильнее увеличивается +12 – там меньше нагрузка. Мы получаем типичный перекос напряжений…»

На многих современных материнских платах процессор питается от 12 вольт, тогда происходит перекос наоборот, 12 вольт понижается, а 5 повышается.

И если в номинальном режиме компьютер нормально работает, то при разгоне потребляемая процессором мощность увеличивается, перекос усиливается, напряжение уменьшается, срабатывает защита блока питания от понижения напряжения и компьютер отключается. Если не происходит отключения, то все равно пониженное напряжение не способствует хорошему разгону.

Так, например, было у меня. Даже написал на эту тему заметку – «Лампочка оверклокера» Тогда у меня в системнике работали два блока питания – Samsung 250 W, Power Master 350 W. И я наивно верил, то 600 ватт более чем достаточно. Достаточно может и достаточно, но из-за перекоса все эти ватты бесполезны. Этот эффект я по незнанию усилил тем, что от Power Master подключил материнку, а от Samsung винт, дисководы и т.д. То есть вышло – с одного блока питания берется, в основном 5 вольт, с другого 12. А другие линии «в воздухе», что и усилило эффект «перекоса».

После этого я приобрел 480 ваттный блок питания Euro case. Из-за своего пристрастия к тишине, переделал его в безвентиляторный, о чем тоже писал на страницах сайта. Но и в этом блоке стояла SG6105. При его тестировании я тоже столкнулся с явлением «перекоса напряжений». Только что приобретенный блок питания непригоден для разгона!

И это еще не все! Мне все хотелось приобрести второй компьютер, а старый оставить «для опытов», но элементарно «давила жаба». Недавно я эту зверюгу все же уговорил и приобрел железо для второго компа. Это конечно отдельная тема, но я для него купил блок питания – PowerMan Pro 420 W. Решил проверить его на предмет «перекоса». А так как новая мать питает процессор по шине 12 вольт, то по ней я и проверил. Как? Узнаете, если дочитаете статью до конца. А пока скажу, что при нагрузке 10 ампер, двенадцать вольт провалилось до 11.55. Стандарт допускает отклонение напряжений плюс-минус 5 процентов. Пять процентов от 12 это 0.6 вольта. Иными словами при токе 10 ампер напряжение упало почти до предельно допустимой отметки! А 10 ампер соответствует 120-ти ваттам потребления процессора, что при разгоне вполне реально. В паспорте к этому блоку по шине 12 вольт заявлен ток 18 ампер. Я думаю, не видать мне этих ампер, так как от «перекоса» блок питания выключится гораздо раньше.

Итого – четыре блока питания за два года. И надо брать пятый, шестой, седьмой? Нет, хватит. Надоело платить за то, что заранее не нравится. Что мне мешает самому сделать киловаттный блок питания и пожить спокойно пару лет, с уверенностью в качестве и количестве питания своего любимца. К тому же я затеял изготовление нового корпуса. Корпус я начал делать преогромный и блок питания, нестандартного размера, должен поместиться там без проблем. Но и обладателям стандартных корпусов может пригодиться такое решение. Всегда можно сделать внешний блок питания, тем более прецеденты уже есть. Кажется, Zalman выпустил внешний блок питания.

Конечно, делать блок питания такой мощности «с нуля» — сложно, долго, да и хлопотно. Поэтому и появилась идея собрать один блок из двух фабричных. Тем более они уже есть и, как выяснилось, в теперешнем виде непригодны для разгона. На эту мысль меня натолкнула все та же статья господина Коробейникова.

«…Для введения раздельной стабилизации нужен второй трансформатор и вторая микросхема ШИМ, так и делается в серьёзных и дорогих серверных блоках…»

В компьютерном блоке питания существует три сильноточные линии с напряжением 5, 12 и 3.3 вольта. У меня есть два стандартных блока питания, пусть один из них вырабатывает 5 вольт, а другой, помощнее, 12 и все остальные. Напряжение 3.3 вольта стабилизируется отдельно и явления перекоса не вызывает. Линии вырабатывающие -5, -12 и т.д. – маломощны и эти напряжения можно взять с любого блока. А для осуществления этого мероприятия, использовать принцип, изложенный в той же статье г. Коробейникова – отключать ненужное напряжение от микросхемы, а нужное подрегулировать. То есть, теперь SG6105 будет стабилизировать только одно напряжение и, следовательно, явление «перекоса напряжений» не будет.

Так же облегчается режим работы каждого блока питания. Если посмотреть силовую часть, типовой схемы блоков питания (Рис.2), то видно, что обмотки 12, 5 и 3.3 вольта представляют собой одну общую обмотку с отводами. И если с такого транса брать не сразу все три, а только одно напряжение, то мощность трансформатора останется прежней, но на одно напряжение, а не на три.

К примеру, блок по линиям 12, 5, 3.3 вольта выдавал 250 ватт, то теперь практически эти же 250 ватт мы получим по линии, например, 5 вольт. Если раньше общая мощность делилась между тремя линиями, то теперь всю мощность можно получить на одной линии. Но на практике для этого нужно заменить диодные сборки на используемой линии на более мощные. Или включить параллельно дополнительные сборки, взятые с другого блока, на котором эта линия использоваться не будет. Так же максимальный ток будет ограничивать сечение провода дросселя. Может сработать и защита блока питания от перегрузки по мощности (хотя этот параметр можно подрегулировать). Так что полностью утроенную мощность мы не получим, но прибавка будет, да и греться блоки будут гораздо меньше. Можно, конечно, перемотать дроссель проводом большего сечения. Но об этом позже.

Перед тем, как приступить к описанию модификации, нужно сказать несколько слов. Очень непросто писать о переделках электронного оборудования. Не все читатели разбираются в электронике, не каждый читает принципиальные схемы. Но в то же время есть читатели, занимающиеся электроникой профессионально. Как ни напишешь – окажется, что для кого-то непонятно, а для кого-то раздражающе примитивно. Я все же попытаюсь написать так, что бы было понятно подавляющему большинству. А специалисты, думаю, меня простят.

Так же необходимо сказать, что все переделки оборудования вы производите на свой страх и риск. Любые модификации лишают вас гарантии. И естественно, автор, за любые последствия ответственности не несет. Не лишним будет сказать, что человек, берущийся за такую модификацию, должен быть уверен в своих силах, и иметь соответствующий инструмент. Данная модификация выполнима на блоках питания собранных на основе микросхемы SG6105 и немного устаревших TL494, MB3759, KA7500.

Для начала пришлось поискать datasheet на микросхему SG6105 – это оказалось не так уж сложно. Привожу из datasheet нумерацию ног микросхемы и типовую схему включения.

Рис 1. SG6105 Рис. 2. Типовая схема включения. Рис. 3. Схема включения SG6105

Опишу сначала общий принцип модернизации. Сначала модернизация блоков на SG6105. Нас интересуют выводы 17(IN) и 16(COMP). К этим выводам микросхемы и подключен резисторный делитель R91, R94, R97 и подстроечный резистор VR3. На одном блоке отключаем напряжение 5 вольт, для этого выпаиваем резистор R91. Теперь подстраиваем величину напряжения 12 вольт резистором R94 грубо, а переменным резистором VR3 точно. На другом блоке наоборот, отключаем 12 вольт, для этого выпаиваем резистор R94. И подстраиваем величину напряжения 5 вольт резистором R91 грубо, а переменным резистором VR3 точно.

Провода PC – ON всех блоков питания соединяются между собой и подпаиваются к 20-ти контактному разъему, который потом подключаем к материнке. С проводом PG сложнее. Я взял этот сигнал с более мощного блока питания. В дальнейшем можно реализовать несколько более сложных вариантов.

Рис. 4. Схема распайки разъема

Теперь об особенностях модернизации блоков на основе микросхемы TL494, MB3759, KA7500. В этом случае сигнал обратной связи с выходных выпрямителей напряжений 5 и 12 вольт подается на вывод 1 микросхемы. Поступаем немного по-другому – перерезаем дорожку печатной платы около вывода 1. Другими словами отключаем вывод 1 от остальной схемы. И на этот вывод подаем нужное нам напряжение через резисторный делитель.

Рис 5. Схема для микросхем TL494, MB3759, KA7500

В этом случае номиналы резисторов одинаковы и для стабилизации 5 вольт и для 12. Если вы решили использовать блок питания для получения 5-ти вольт, то резисторный делитель подключаете к выходу 5В. Если для 12, то к 12.

Наверно хватит теории и пора приступать к делу. Сначала надо определиться с измерительными приборами. Для измерения напряжений я применю одни из самых дешевых мультиметров DT838. Точность измерения напряжения у них 0.5 процента, что вполне приемлемо. Для измерения тока использую стрелочный амперметр. Токи нужно мерить большие, поэтому придется самому изготовить амперметр из стрелочной измерительной головки и самодельного шунта. Готовый амперметр с фабричным шунтом приемлемого размера я найти не смог. Нашел амперметр на 3 ампера, разобрал его. Вытащил из него шунт. Получился микроамперметр. Дальше была небольшая сложность. Для изготовления шунта и калибровки амперметра, сделанного из микроамперметра, был нужен образцовый амперметр, способный мерить ток в пределах 15-20 ампер. Для этих целей можно было бы применить токовые клещи, но у меня таковых не оказалось. Пришлось искать выход. Выход я нашел самый простой, конечно, не очень точный, но вполне. Шунт я вырезал из стального листа толщиной 1мм, шириной 4мм и длиной 150 мм. К блоку питания через этот шунт подключил 6 лампочек 12V, 20W. По закону Ома через них потек ток равный 10 амперам.

Р(Wt)/U(V)=I(A), 120/12=10А

Один провод от микроамперметра соединил с концом шунта, а второй двигал по шунту, пока стрелка прибора не показала 7 делений. До 10 делений не хватило длины шунта. Можно было подрезать шунт потоньше, но из-за нехватки времени решил оставить, как есть. Теперь 7 делений этой шкалы соответствуют 10 амперам.

Фото 1 Бюджетный стенд для подбора шунта. Фото 2. Стенд с включенными 6-ю лампочками 12вольт 20 ватт. На последней фотографии видно, как просело напряжение 12 вольт при токе 10 ампер. Блок питания PowerMan Pro 420 W. Минус 11.55 показывает из-за того, что я перепутал полярность щупов. На самом деле конечно плюс 11.55. Этот же стенд я буду использовать как нагрузку для регулировки готового блока питания.

Новый блок питания я буду делать на основе PowerMaster 350 W, он будет вырабатывать 5 вольт. Согласно наклейке на нем, он по этой линии должен давать 35 ампер. И PowerMan Pro 420 W. С него я буду брать все остальные напряжения.

В этой статье я покажу общий принцип модернизации. В дальнейшем я планирую переделать полученный блок питания в пассивный. Возможно, перемотаю дроссели проводом большего сечения. Доработаю соединительные кабели на предмет уменьшения наводок и пульсаций. Сделаю мониторинг токов и напряжений. И возможно многое другое. Но это в будущем. Все это описывать в данной статье я не буду. Цель статьи – доказать возможность получения мощного блока питания, путем модернизации двух-трех блоков меньшей мощности.

Немного о технике безопасности. Все перепайки производятся, естественно, при выключенном блоке. После каждого выключения блока, перед дальнейшими работами, разряжайте большие конденсаторы. На них присутствует напряжение 220 вольт, и заряд они накапливают очень приличный. Не смертельный, но крайне неприятный. Электрический ожог заживает долго.

Начну с PowerMaster. Разбираю блок, вынимаю плату, отрезаю лишние провода…

Фото 3. Блок PowerMaster 350 W

Нахожу микросхему ШИМ, она оказалась TL494. Нахожу вывод 1, осторожно перерезаю печатный проводник и подпаиваю к выводу 1 новый резисторный делитель (см. Рис5). Подпаиваю вход резисторного делителя к пятивольтовому выходу блока питания (обычно это красные провода). Еще раз проверяю правильность монтажа, это никогда не бывает лишним. Подключаю модернизированный блок к своему бюджетному стенду. На всякий случай, спрятавшись за стул, включаю. Взрыва не произошло и это даже вызвало легкое разочарование. Для запуска блока соединяю провод PS ON с общим проводом. Блок включается, лампочки загораются. Первая победа.

Переменным резистором R1 на малой нагрузке блока питания (две лампочки по 12V, 20W и спот 35W) выставляю выходное напряжение 5 вольт. Напряжение замеряю непосредственно на выходном разъеме.

Фотоаппарат у меня не самый лучший, мелкие детали не видит, поэтому прошу прощения за качество снимков.

Блок питания на непродолжительное время можно включать без вентилятора. Но нужно следить за температурой радиаторов. Будьте осторожны, на радиаторах некоторых моделей блоков питания присутствует напряжение, иногда высокое.

Не выключая блок, начинаю подключать дополнительную нагрузку – лампочки. Напряжение не меняется. Блок стабилизирует хорошо.

На этой фотографии я подключил к блоку все лампочки, какие были в наличии – 6 ламп по 20w, две по 75 w, и спот 35w. Ток, текущий через них по показаниям амперметра в пределах 20 ампер. Никакого «проседания», никаких «перекосов»! Полдела сделано.

Теперь берусь за PowerMan Pro 420 W. Так же разбираю его.

Нахожу на плате микросхему SG6105. За тем отыскиваю нужные выводы.

Принципиальная схема, приведенная в статье г. Коробейникова, соответствует моему блоку, нумерация и номиналы резисторов те же. Для отключения 5-ти вольт выпаиваю резистор R40 и R41. Вместо R41 впаиваю два переменных резистора соединенных последовательно. Номинал 47 кОм. Это для грубой регулировки напряжения 12 вольт. Для точной регулировки используется резистор VR1 на плате блока питания

Рис 6. Фрагмент схемы блока питания PowerMan Опять достаю свой примитивный стенд и подключаю к нему блок питания. Сначала подключаю минимальную нагрузку – спот 35W.

Включаю, подстраиваю напряжение. Затем, не выключая блок питания, подключаю дополнительные лампочки. Напряжение не меняется. Блок прекрасно работает. По показаниям амперметра ток достигает 18 ампер и никакого «проседания» напряжения.

Второй этап закончен. Теперь осталось проверить, как будут работать блоки в паре. Перекусываю провода красного цвета идущие от PowerMan к разъему и молексам, изолирую их. А к разъему и молексам подпаиваю пятивольтовый провод от PowerMaster 350 W, так же соединяю общие провода обоих блоков. Провода Power On блоков питания объединяю. PG беру с PowerMan. И подключаю этот гибрид к своему системному блоку. На вид он несколько странен и если кому-то захочется узнать о нем поподробнее, прошу на ПС.

Конфигурация такая:

• Мать Epox KDA-J
• Процессор Athlon 64 3000
• Память Digma DDR500, две планки по 512Mb
• Винт Samsung 160Gb
• Видео GeForce 5950
• DVD RW NEC 3500

Включаю, все прекрасно работает.

Опыт удался. Теперь можно приступать к дальнейшей модернизации «объединенного блока питания». Перевод его на пассивное охлаждение. На фотографии видна панель с приборами – это все будет подключено к данному блоку. Стрелочные приборы – мониторинг токов, цифровые приборы в круглых отверстиях под стрелочными – мониторинг напряжений. Ну и тахометр, и все такое, об этом я уже писал на своей персоналке. Но это в дальнейшем.

Влияние «объединенного блока питания» на дальнейший разгон я не проверял. Доделаю, тогда и проверю. Процессор уже разогнан до 2.6 гигагерц по шине, при напряжении на проце 1.7 вольта. Гнал я его на безвентиляторном блоке питания, но при таком разгоне 12 вольт на нем проседали до 11.6 вольта. А гибрид выдает ровно 12. Так что, возможно, еще немного мегагерц я из него выжму. Но это будет другая история.

Перечень используемой литературы:

1. datasheet на микросхему SG6105
2. Статья г. Коробейникова
3. Журнал «Радио». – 2002.-№ 5, 6, 7. «Схемотехника блоков питания персональных компьютеров» авт. Р. Александров

---

Ждём Ваших комментариев в специально созданной ветке конференции.

Зарядное из компьютерного блока питания.

Добавил: STR2013,Дата: 11 Апр 2015

Автомобильное зарядное устройство или регулируемый лабораторный блок питания с напряжением на выходе 4 — 25 В и током до 12А можно сделать из не нужного компьютерного АТ или АТХ блока питания.

Несколько вариантов схем рассмотрим ниже:

Параметры

От компьютерного блока питания мощностью 200W, реально получить 10 — 12А.

Схема АТ блока питания на TL494

Несколько схем АТX блока питания на TL494

 

Переделка

Основная переделка заключается в следующем , все лишние провода выходящие с БП на разъемы отпаиваем, оставляем только 4 штуки желтых +12в и 4 штуки черных корпус, cкручиваем их в жгуты . Находим на плате микросхему с номером 494 , перед номером могут быть разные буквы DBL 494 , TL 494 , а так же аналоги MB3759, KA7500 и другие с похожей схемой включения. Ищем резистор идущий от 1-ой ножки этой микросхемы к +5 В (это где был жгут красных проводов) и удаляем его.

Для регулируемого (4В – 25В) блока питания R1 должен быть 1к . Так же для блока питания желательно увеличить емкость электролита на выходе 12В (для зарядного устройства этот электролит лучше исключить), желтым пучком (+12 В) сделать несколько витков на ферритовом кольце (2000НМ, диаметром 25 мм не критично).

Так же следует иметь ввиду , что на 12 вольтовом выпрямителе стоит диодная сборка (либо 2 встречно включенных диода), рассчитанная на ток до 3 А , ее следует поменять на ту , которая стоит на 5 вольтовом выпрямителе , она расчитана до 10 А , 40 V , лучше поставить диодную сборку BYV42E-200 (сборка диодов Шотки Iпр = 30 А, V = 200 В), либо 2 встречно включенных мощных диода КД2999 или им подобным в таблице ниже.

Если БП АТХ для запуска необходимо соединить вывод soft-on с общим проводом (на разъём уходит зеленым проводом).Вентилятор нужно развернуть на 180 гр., что бы дул внутрь блока ,если вы используете как блок питания, запитать вентилятор лучше с 12-ой ножки микросхемы через резистор 100 Ом.

Корпус желательно сделать из диэлектрика не забывая про вентиляционные отверстия их должно быть достаточно. Родной металлический корпус , используете на свой страх и риск.

Бывает при включении БП при большом токе может срабатывать защита , хотя у меня при 9А не срабатывает , если кто с этим столкнется следует сделать задержку нагрузки при включении на пару секунд.

Ещё один интересный вариант переделки компьютерного блока питания.

В этой схеме регулировка осуществляется напряжения (от 1 до 30 В.) и тока (от 0,1 до 10А).

Для самодельного блока хорошо подойдут индикаторы напряжения и тока. Вы их можете купить на сайте «Мастерок».

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

П О П У Л Я Р Н О Е:

• Простой металлодетектор со световой сигнализацией

МЕТАЛЛОДЕТЕКТОР

Металлоискатели широко используются в самых разных видах человеческой деятельности, — от поиска мин и кладов до обнаружения гвоздика в стене под слоем обоев. Этот металлоискатель очень простой, с его помощью вряд ли можно найти клад (разве что, «заначку»), но гвоздик под обоями, провод или связку ключей в кармане он обнаружить может. Подробнее…

• Стабилизатор 400В на L6560.

Подробнее…

• Пробник для проверки цифровых устройств.

В радиолюбительской практике часто бывает необходимо про­верить состояние сигнала в различных участках устройства. В большинстве случаев это делают с помощью осциллографа. Но такой прибор не всегда имеется под рукой, да и приобрести его под силу не каждому начинающему радиолюбителю. Опре­деленную помощь при отсутствии осциллографа могут оказать различные пробники. Например, такой, о котором рассказыва­ется в предлагаемой статье. Подробнее…

Популярность: 179 655 просм.

Лабораторный блок питания из компьютерного

Нам понадобятся:

1. Блок питания от старого Пк (любой ATX) 
2. Модуль ЖК вольтметра 
3. Радиатор для микросхемы(любой, подходящий по размеру) 
4. Микросхема LM317 (регулятор напряжения) 
5. электролитический конденсатор 1мкФ 
6. Конденсатор 0.1 мкФ 
7. Светодиоды 5мм — 2шт.
8. Вентилятор 
9. Выключатель 
10. Клеммы — 4шт.
11. Резисторы 220 Ом 0.5Вт — 2шт.
12. Паяльные принадлежности, 4 винта M3, шайбы, 2 самореза и 4 стойки из латуни длиной 30мм. 

   Я хочу уточнить, что список примерный, каждый может использовать то, что есть под рукой. 

Общие характеристики блока питания ATX: 

   Блоки питания ATX, используемые в настольных компьютерах являются импульсными источниками питания с применением ШИМ-контроллера. Грубо говоря, это означает, что схема не является классической, состоящей из трансформатора, выпрямителя и стабилизатора напряжения. Ее работа включает следующие шаги: 
а) Входное высокое напряжение сначала выпрямляется и фильтруется. 
б) На следующем этапе постоянное напряжение преобразуется последовательность импульсов с изменяемой длительностью или скважностью (ШИМ) с частотой около 40кГц.
в) В дальнейшем эти импульсы проходят через ферритовый трансформатор, при этом на выходе получаются относительно невысокие напряжения с достаточно большим током. Кроме этого трансформатор обеспечивает гальваническую развязку между 
высоковольтной и низковольтными частями схемы.  
г) Наконец, сигнал снова выпрямляется, фильтруется и поступает на выходные клеммы блока питания. Если ток во вторичных обмотках увеличивается и происходит падение выходного напряжения БП контроллер ШИМ корректирует ширину импульсов и таким образом осуществляется стабилизация выходного напряжения.

Основными достоинствами таких источников являются: 
— Высокая мощность при небольших размерах 
— Высокий КПД 
   Термин ATX означает, что включением блока питания управляет материнская плата. Для обеспечения работы управляющего блока и некоторых периферийных устройств даже в выключенном состоянии на плату подаётся дежурное напряжение 5В и 3.3В. 

К недостаткам можно отнести наличие импульсных, а в некоторых случаях и радиочастотные помех. Кроме того при работе таких блоков питания слышен шум вентилятора. 

Мощность блока питания

   Электрические характеристики блока питания напечатаны на наклейке (см. рисунок) которая, обычно, находится на боковой стороне корпуса. Из нее можно получить следующую информацию: 

Напряжение — Ток 

3.3В   —   15A 

5В   —   26A 

12В   —   9А 

-5 В   —   0,5 А 

5 Vsb   —   1 A

Для данного проекта нам подходят напряжения 5В и 12В. Максимальный ток, соответственно будет 26А и 9А, что очень неплохо. 

Питающие напряжения

Выход блока питания ПК состоит из жгута проводов различных цветов. Цвет провода соответствует напряжению:

Нетрудно заметить, что кроме разъемов с питающими напряжениями +3.3В, +5В, -5В, +12В, -12В и земли, есть еще три дополнительных разъема: 5VSB, PS_ON и PWR_OK. 

Разъем 5VSB используется для питания материнской платы, когда блок питания находится в дежурном режиме. 
Разъем PS_ON (включение питание) используется для включения блока питания из дежурного режима. При подаче на этот разъем напряжения 0В блок питания включается, т.е. чтобы запустить блок питания без материнской платы его нужно соединить с общим проводом (землей).
Разъем POWER_OK в дежурном режиме имеет состояние близкое к нулю. После включения блока питания и формировании на всех выходах напряжений нужного уровня на разъеме POWER_OK появляется напряжение около 5В.


ВАЖНО: Чтобы блок питания работал без подключения к компьютеру необходимо соединить зеленый провод с общим проводом. Лучше всего это сделать через переключатель.

Модернизация блока питания

1. Разборка и чистка

Нужно разобрать и хорошо очистить блок питания. Лучше всего для этого подойдет пылесос включенный на выдув или компрессор. Нужно проявлять повышенную осторожность, т.к. даже после отключения блока питания от сети на плате остаются напряжения, опасные для жизни.

2. Подготавливаем провода 

Отпаиваем или откусываем все провода, которые не будут использованы. В нашем случае, мы оставим два красных, два черных, два желтых, сиреневый и зеленый. 
Если есть достаточно мощный паяльник — лишние провода отпаиваем, если нет — откусываем кусачками и изолируем термоусадкой. 

3. Изготовление передней панели. 

   Сначала нужно выбрать место для размещения передней панели. Идеальным вариантом та будет сторона блока питания, с которой выходят провода. Затем делаем чертеж передней панели в Autocad или другой аналогичной программе. При помощи ножовки, дрели и резака из куска оргстекла изготавливаем переднюю панель.

4. Размещение стоек

   Согласно отверстий для крепления в чертеже передней панели просверливаем аналогичные отверстия в корпусе блока питания и прикручиваем стойки, которые будут держать переднюю панель.

5. Регулировка и стабилизация напряжения

    Для возможности регулировки выходного напряжения нужно добавить схему регулятора. Была выбрана знаменитая микросхема LM317 из-за ее простоты включения и невысокой стоимости.
LM317 представляет собой трехвыводный регулируемый стабилизатор напряжения, способный обеспечить регулировку напряжения в диапазоне от 1.2В до 37В при токе до 1.5А. Обвязка микросхемы очень простая и состоит из двух резисторов, которые необходимы для задания выходного напряжения. Дополнельно данная микросхема имеет защиту перегрева и перегрузки по току. 
Схема включения и распиновка микросхемы приведены ниже: 

   Резисторами R1 и R2 можно регулировать выходное напряжение от 1.25В до 37В. Т.е в нашем случае, как только напряжение достигнет 12В, то дальнейшее вращение резистора R2 напряжение регулировать не будет. Чтобы регулировка происходила на всему диапазону вращения регулятора необходимо рассчитать новое значение резистора R2. Для расчета можно использовать формулу, рекомендуемую производителем микросхемы: 
   Либо упрощенная форма этого выражения: 

Vout = 1.25(1+R2/R1) 

   Погрешность при этом получается очень низкой, так что вторую формулу вполне можно использовать.

   Принимая во внимание полученную формулу можно сделать следующие выводы: когда переменный резистор установлен на минимальное значение (R2 = 0) выходное напряжение составляет 1.25В. При вращении ручки резистора выходное напряжение будет возрастать, пока не достигнет масимального напряжения, что в нашем случае составляет чуть меньше 12В. Другими словами максимум у нас не должен превышать 12В. 
     Приступим к расчету новых значений резисторов. Сопротивление резистора R1 возьмем равным 240 Ом, а сопротивление резистора R2 рассчитаем: 
R2=(Vout-1,25)(R1/1.25) 
R2=(12-1.25)(240/1.25) 
R2=2064 Ома 

Ближайшее к 2064 Ом стандарное значение сопротивления резистора равно 2 кОм. Значения резисторов будут следующие: 
R1=240 Ом,  R2=2 кОм 

На этом расчет регулятора закончен. 

6. Сборка регулятора 

Сборку регулятора выполним по следующей схеме: 




Ниже приведу принципиальную схему: 

   Сборку регулятора можно выполнить навесным монтажем, припаивая детали напрямую к выводам микросхемы и соединяя остальные детали при помощи проводов. Также можно специально для этого вытравить печатную плату или собрать схему на монтажной. В данном проекте схема была собрана на монтажной плате. 

   Еще обязательно нужно прикрепить микросхему стабилизатора к хорошему радиатору. Если радиатор не имеет отверстия для винта, тогда оно делается сверлом 2.9мм, а резьба нарезается тем же винтом М3, которым будет прикручена микросхема. 


Если радиатор будет прикручен напрямую к корпусу блока питания, тогда необходимо изолировать заднюю часть микросхемы от радиатора кусочком слюды или силикона. В этом случае винт, которым прикручена LM317 должен быть изолирован с помощью пластиковой или гетинаксовой шайбы. Если же радиатор не будет контактировать с металлическим корпусом блока питания, микросхему стабилизатора обязательно нужно посадить на термопасту. На рисунке можно увидеть, как радиатор крепится эпоксидной смолой через пластину оргстекла:

7. Подключение 

Перед пайкой необходимо установить светодиоды, выключатель, вольтметр, переменный резистор и разъемы на переднюю панель. Светодиоды отлично вставляются в отверстия, просверленные 5мм сверлом, хотя дополнительно их можно закрепить суперклеем. Переключатель и вольтметр держатся крепко на собственных защелках в точно выпиленных отверстиях  Разъемы крепятся гайками. Закрепив все детали, можно приступать к пайке проводов в соответствии со следующей схемой: 

    Для ограничения тока последовательно с каждым светодиодом припаивается резистор сопротивлением 220 Ом. Места соединений изолируются при помощи термоусадки. Коннекторы припаиваются к кабелю напрямую или через переходные разъемы  Провода должны быть достаточно длинными, чтобы можно было без проблем снять переднюю панель. 

    Перед подключением вольтметра, нужно внимательно разобраться со схемой подключения, рекомендованной производителем. 

Встречаются модели с внешним питанием и питанием от измеряемого напряжения.

В нашем случае для питания индикатора необходимо было постоянное напряжение 9-12В. Для этих целей подойдет плата от любого блока питания, способная выдавать требуемое напряжение или зарядное устройство от старого телефона. Также возможно использовать одно из фиксированных напряжений блока питания ATX.  

8. Последние штрихи 

   Первое, что мы можем сделать, так это приклеить четыре силиконовый ножки-подставки, чтобы не царапать стол, понизить уровень шума и способствовать лучшему охлаждению БП.

   Далее, необходимо закрыть боковые грани между блоком питания и передней панелью полосками оргстекла.  Ширина полосок должна быть такой же, как и высота стоек, которые мы использовали. Боковые панели соединяем с передней панелью при помощи дихлорэтана или клея. Для улучшения охлаждения сверлим отверстия напротив радиатора охлаждения. Так же, чтобы улучшить охлаждение нижнюю полоску можно не ставить.  

   Наш лабораторный блок питания почти готов, но для начала проведем с ним некоторые тесты. 

9. Испытания 

Измерения: 

При помощи мультиметра нужно измерить напряжение между общим разъемом и разъемами с напряжением. При измерении регулируемого выхода измерения проводятся минимального и максимального напряжения. Результаты следующие: 

Защита: 

Поскольку блок питания компьютера имеет защиту от перегрузки и короткого замыкания, мы можем это проверить. Для этого закорачиваем проводом общий разъем и разъем 5В или 12В. Блок питания должен отключиться. Для повторного его включения необходимо выключить и снова включить выключатель подачи 220В.  Регулируемый выход защищен микросхемой LM317. Защита в зависимости от температуры микросхемы срабатывает при превышении тока нагрузки 2-3А.

10. Улучшение 

   В процессе эксплуатации было замечено, что на микросхеме LM317 рассеивается очень большое количество тепла и радиатор достаточно горячий. Поэтому дополнительно, при помощи двух шурупов, был установлен 12-ти вольтовый вентилятор от видеокарты.

   Питание вентилятора берется с выхода 12В, и желательно запитать его через дополнительный выключатель, чтобы вставить его только тогда, когда это необходимо.

Результат

В основу написания легла статья с испанского сайта http://www.taringa.net