И совместимость блока питания с ИБП (источником бесперебойного питания).
Стандарт форм-фактора АТХ определяет размер, конструкцию и другие характеристики блока питания, а также допустимые отклонения напряжений при нагрузке. Этот стандарт мы и будет рассматривать.
На данный момент существуют такие версий стандарта АТХ:
Основные различия версий стандартов АТХ заключаются во введении более новых разъемов и новых линий питания. В первой серии в основном использовалась линия +5 В, а во второй +12 В.
Одним из главных разработчик форм-фактора ATX является компания . Вся документация расположена на официальном сайте www.formfactors.org, в них описаны требования к производителям материнских плат, блоков питания и корпусов. Требования и рекомендации к блокам питания регламентирует документ под названием ATX12V Power Supply Design Guide (PSDG).
Стандарт ATX12V был выпущен при переходе на новую архитектуру NetBurst. Главное нововведение в ATX12V, при сравнению с ATX 1.3, стала смена питания от +12В, а не от +5В и добавление нового разъема питания 4-pin +12В (разъема не должно быть, если максимальный возможный ток по +12В меньше 10А).
Версии ATX 1.1
, была представлена в августе 2000 года. О версиях 1.0, 1.2 упоминаний на официальном сайте нет, однако информацию о них можно прочитать на других ресурсах.
Разъемы блока питания стандарта ATX 1.1
Версия ATX 1.3 вышла в апреле 2003 года. Если сравнивать с предыдущей версией 1.1, то были введены новые требования по токам, убрано напряжение в -5В, добавлены требования к обработке сигнала PS_ON#, а также добавлено упоминание кабеля питания для .
Разъемы блока питания стандарта ATX 1.3
Версия ATX 2.0
, по сравнению с версией ATX 1.3,
была значительно изменена. В первую очередь по токам — было увеличено энергопотребления по +12В и уменьшено по +3.3 и +5В. Была введена стандартизация блоков питания 350W и 400W (если выше 300W, то рекомендовано 16 AWG провода). Был заменен кабель питания ATX на 24-pin вместо 20-pin, а также добавлены +3.3, +5, +12В, COM («земля»), питание для устройств и кабель питания для .
Разъем 24-pin ATX полностью совместим с 20-pin ATX как механически, так и электрически.
В версиях ATX 2.01 и ATX 2.2 была введна стандартизация блока питания мощностью 450W; упрощены требования к токам по линиям +3.3В, +5В, +12В; повышены требования к КПД по +5В stand by.
Разъемы блока питания стандарта ATX 2.x
Самыми основными потребителя электроэнергии являются процессоры и видеокарты, питания которых проходит по линии в +12 В. Если установить, казалось бы, обычную конфигурацию процессора и видеокарты (к примеру: AMD Athlon 3000+ и GeForce 7600 GT), и обеспечить их питанием от блока мощностью 400 W, то «получим перекос» напряжений. Линия питания +12 В просядет, а линия +5 В перевесится. И как следствие – самостоятельная перезагрузка компьютера (или при запуске или при нагрузке), синие экраны смерти, выключение компьютера и т.д. Проблема в том, что старых блоков питания главной линией является +5 В, а для процессора и видеокарты нужна линия на +12 В, которая оказалась полностью перегруженной.
В современном мире развитие и устаревание комплектующих персональных компьютеров происходит очень быстро. Вместе с тем один из основных компонентов ПК – форм-фактора ATX – практически не изменял свою конструкцию последние 15 лет .
Следовательно, блок питания и суперсовременного игрового компьютера, и старого офисного ПК работают по одному и тому же принципу, имеют общие методики диагностики неисправностей.
Материал, изложенный в этой статье, может применяться к любому блоку питания персональных компьютеров с минимумом нюансов.
Типовая схема блока питания ATX приведена на рисунке. Конструктивно он представляет собой классический импульсный блок на ШИМ-контроллере TL494, запускающемся по сигналу PS-ON (Power Switch On) с материнской платы. Все остальное время, пока вывод PS-ON не подтянут к массе, активен только источник дежурного питания (Standby Supply) с напряжением +5 В на выходе.
Рассмотрим структуру блока питания ATX подробнее. Первым ее элементом является
:
Его задача – это преобразование переменного тока из электросети в постоянный для питания ШИМ-контроллера и дежурного источника питания. Структурно он состоит из следующих элементов:
Источник дежурного питания – это маломощный самостоятельный импульсный преобразователь на основе транзистора T11, который генерирует импульсы, через разделительный трансформатор и однополупериодный выпрямитель на диоде D24 запитывающие маломощный интегральный стабилизатор напряжения на микросхеме 7805. Эта схема хотя и является, что называется, проверенной временем, но ее существенным недостатком является высокое падение напряжения на стабилизаторе 7805, при большой нагрузке приводящее к ее перегреву. По этой причине повреждение в цепях, запитанных от дежурного источника, способно привести к выходу его из строя и последующей невозможности включения компьютера.
Основой импульсного преобразователя является ШИМ-контроллер . Эта аббревиатура уже несколько раз упоминалась, но не расшифровывалась. ШИМ – это широтно-импульсная модуляция, то есть изменение длительности импульсов напряжения при их постоянной амплитуде и частоте. Задача блока ШИМ, основанного на специализированной микросхеме TL494 или ее функциональных аналогах – преобразование постоянного напряжения в импульсы соответствующей частоты, которые после разделительного трансформатора сглаживаются выходными фильтрами. Стабилизация напряжений на выходе импульсного преобразователя осуществляется подстройкой длительности импульсов, генерируемых ШИМ-контроллером.
Обновлено 11.03.2013 23:29
Всем привет! Сегодня речь пойдёт о блоке питания форм-фактора ATX.
К выбору блока питания для персонального компьютера следует подходить с особой ответственностью, поскольку от него во многом зависит стабильность и надежность работы всего компьютера в целом. В этой статье описаны конструктивные особенности БП, характеристики... Читайте далее...
Блок питания является неотъемлемой частью каждого компьютера. От его нормальной работы зависит функционирование всего персонального компьютера (PC). Но при этом блоки питания покупаются редко, поскольку однажды приобретенный хороший блок питания может обеспечить несколько поколений непрерывно развивающихся систем. Учитывая все это к выбору блока питания нужно подходить весьма серьезно.
Блок питания формирует напряжения для питания всех функциональных блоков РС. Он формирует основные напряжения питания для комплектующих компьютера: +12 В, +5 В и 3,3 В. БП также формирует дополнительные напряжения: -12 В и -5 В и кроме того он осуществляет гальваническую развязку с сетью 220 В.
На рисунке (Рис. 1) представлена внутренняя конструкция и расположение элементов типичного бока питания с активным корректором коэффициента мощности (АККМ) «GlacialPower GP-AL650AA». На плате БП цифрами обозначены следующие элементы:
Такая конструкция блоков питания ATX является наиболее распространенной и используется в БП различной мощности.
На задней стенке БП находится разъем для подключения сетевого кабеля и выключатель сети. В некоторых моделях блоков питания выключатель сети не устанавливается. Иногда, в устаревших моделях, можно встретить рядом с сетевым разъемом разъем для подключения сетевого кабеля монитора. В современных блоках питания, на задней стенке, производители могут устанавливать следующие разъемы (Рис.2):
В современных моделях редко устанавливают вытяжной вентилятор на задней стенке. Теперь он размещается в верхней части БП. Это позволяет установить большой и тихий элемент охлаждения. На блоках питания повышенной мощности, как например, у блока питания Chieftec CFT-1000G-DF, устанавливают два вентилятора сверху и на задней крышке (Рис. 3).
Из передней стенки блока питания выходит жгут проводов с разъемами для подключения материнской платы , жестких дисков , видеокарты и других комплектующих системного блока.
В БП модульного типа вместо жгута проводов на передней стенке располагаются разъемы для подключения проводов с разными выходными разъемами. Это позволяет упорядочить питающие провода в системном блоке и подключать только те, которые необходимы для данной комплектации (Рис. 9 и 10).
Распиновка выходных разъемов БП подключаемых к материнской плате и другим устройствам показана на рисунке (Рис. 4).
Нужно отметит, что цвета проводов унифицированы, и каждый цвет соответствует своему напряжению:
На рисунке (Рис. 5) изображены выходные разъемы блоков питания АТХ.
Не изображены на рисунках (Рис. 4 и 5) разъемы дополнительного питания видеокарт, их распиновка и внешний вид подобна распиновке для разъемов дополнительного питания процессора .
Современные блоки питания для РС имеют большое число электрических параметров, часть из них не отмечены в «паспортных технических характеристиках», поскольку считаются не важными для пользователя. Основные параметры указывается производителем на наклейке расположенной на боковой стенке.
Мощность
- это один из главных параметров БП. Она характеризует, сколько электрической энергии может отдать блок питания подключенным к нему устройствам (жесткий диск, материнская плата с процессором, видео карта и др.). Для выбора БП, казалось бы, достаточно просуммировать потребление всех комплектующих и выбрать блок питания с небольшим запасом по мощности.
Но все обстоит намного сложнее. Блок питания формирует различные напряжения, распределенные по разным шинам питания (12 В, 5 В, 3,3 В и другие), каждая шина (линия), напряжения рассчитана на определенную мощность. Можно было бы подумать, что эти мощности фиксированы, и их сумма равна выходной мощности самого блока питания. Но в блоках питания АТХ установлен один трансформатор для формирования всех этих напряжений, поэтому мощность на линиях плавает. При увеличении нагрузки на одной из линий мощность на остальных линиях уменьшается и наоборот.
Производитель в паспорте указывает максимальную мощность каждой линии, просуммировав их, получится мощность больше, чем может реально обеспечить блок питания. Таким образом, часто, производитель заявляют номинальную мощность, которую БП обеспечить не в состоянии, тем самым вводя пользователей в заблуждение. Установленный в системном блоке БП недостаточной мощности взывает «зависания», произвольные перезагрузки, щелканье и треск головок жесткого диска, и другую некорректную работу устройств.
Это один из важнейших параметров блока питания, но пользователи при приобретении БП зачастую не обращают на этот параметр должного внимания. Но ведь при превышении тока линии блок питания выключается (срабатывает защита). Понадобится отключать его от сети 220 В и ждать около минуты. Необходимо учитывать, что самые мощные потребители - процессор и видеокарта питаются от 12 В линии, поэтому при покупке БП нужно обращать внимание на значения токов указанным для нее. Для снижения токовой нагрузки на разъемы питания линию 12 В делят на две параллельных (иногда и больше) и обозначают как +12V1 и +12V2. При подсчете, токи на параллельных линиях суммируются.
У качественных БП информация о максимальных токовых нагрузках по линиям указывается на боковой наклейке в виде таблички (Рис. 6).
Если такая информация не указана, то можно усомниться в качестве этого БП и соответствии реальной и заявленной мощности.
Под этой характеристикой подразумевается диапазон сетевого напряжения, при котором БП будет сохранять работоспособность. Современные блоки питания выпускаются с АККМ (активный корректор коэффициента мощности), который позволяет использовать диапазон входных напряжений от 110 В до 230 В. Но выпускаются и недорогие БП с малым рабочим диапазоном напряжений от 220 В до 240 В (например, FPS FPS400-60THN-P). В результате такой блок питания будет выключаться при падении напряжения сети, что для наших электросетей не редкость, а то и совсем не запустится.
Дифференциальное внутреннее сопротивление (электрический импеданс) характеризует потери БП при протекании переменного тока. Для борьбы с ним в схему блока питания включены ФНЧ. Но существенно уменьшить импеданс можно только установкой конденсаторов большой емкости с низким последовательным сопротивлением (ESR) и дросселей намотанных толстым проводом. Реализовать это конструктивно и физически довольно трудно.
Блок питания персонального компьютера представляет собой преобразователь, который преобразовывает напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока. В результате таких преобразований на выходе линий питания присутствуют пульсации (импульсное изменение величины напряжения). Проблема пульсаций заключается в том, что при недостаточной фильтрации они могут исказить рабочие характеристики всей системы, привести к ложному переключению компараторов и неправильному восприятию входной информации. Это, в свою очередь, приводит к ошибкам в работе и отключению устройств РС.
Для борьбы с пульсациями в схему выходных линий напряжения включаются LC фильтры, которые максимально сглаживают пульсации выходных напряжений (Рис. 8).
В процессе работы БП его выходные напряжения изменяются. Увеличение напряжений вызывает увеличение токов покоя, это в свою очередь вызывает увеличение рассеиваемой мощности и перегреву элементов схем подключенных к БП. Уменьшение выходного напряжения приводит к ухудшению работы схем, а при снижении до определенного уровня элементы РС перестают работать. Особенно чувствительны к падению питающего напряжения жесткие диски компьютера.
Допустимые отклонения напряжений выходных линий для стандарта АТХ не должны превышать ±5% от номинального напряжения линии.
КПД блока питания определяет, сколько полезной энергии получит системный блок из потребленной энергии блоком питания. Большинство современных блоков питания имеют КПД не хуже 80%. А блоки питания, снабженные ПККМ (PPFC) и АККМ (APFC) существенно превышают этот показатель.
Это параметр, на который следует обращать внимание при выборе блока питания, он непосредственно влияет на КПД блока питания. При малом коэффициенте мощности КПД тоже будет небольшой. Поэтому в схемы современных БП встроены автоматические корректоры коэффициента мощности (АККМ), которые значительно улучшают характеристики БП.
Первым делом при выборе блока питания следует определиться с его мощностью. Для определения необходимой мощности достаточно просуммировать мощность всех комплектующих системного блока. Но иногда отдельные видеокарты предъявляют особые требования по величине тока на линии +12. В, с этим необходимо считаться при выборе. Обычно для среднего системного блока оснащенного одной видеокартой достаточно мощности БП 500-600 Ватт.
При выборе модели и фирмы производителя следует ознакомиться с отзывами и обзорами на эту модель БП. Желательно выбирать блок питания со схемой АККМ (APFC). Другими словами нужно выбирать блок питания, что бы он был мощным, тихим, качественно выполненным и соответствовал заявленным характеристикам. Экономить десяток-другой долларов при этом не стоит. Необходимо помнить, что от работы блока питания во многом зависит стабильность, долговечность и надежность работы всего компьютера в целом .
Устройство блока питания стационарных компьютеров подразумевает использование метода импульсной стабилизации напряжения . Подаваемое напряжение бытовой электросети составляет 110/230 В с частотой 50-60 Гц на входе, а на выходе имеется ряд линий постоянного тока, где для основных линий номиналом считаются 2,5 и 3,3 В. Блок питания способен обеспечить напряжение в 12В и 5В в случае использования шины ISA. Напряжение в 5В было исключено из стандарта АТХ из-за прекращения поддержки ISA-шины.
Отталкиваясь от указанной выше упрощенной схемы стандартного импульсного блока питания , можно выделить четыре основных этапа:
Устройство блока питания компьютера включает в себя фильтр ЭМП - это входной фильтр блока питания подавляет два типа электромагнитных помех: синфазных (common-mode) и дифференциальных (differential-mode). Для первого типа характерно течение тока в одном направлении, а во втором случае ток течет в разных направлениях.
Дифференциальные помехи подавляются с помощью включенного параллельно нагрузке конденсатора СХ, представляющий собой пленочный конденсатор. Иногда на провода вешают дроссель, выполняющий ту же функцию.
Устройство блока питания также в себя включает конденсаторы CY, которые образуют фильтр синфазных помех. Они соединяют линии питания в общей точке с землей и так называемым синфазным дросселем (LF1 на схеме), в обмотках которого ток течет в одном направлении, тем самым создавая сопротивление для таких помех.
Дешевые модели блоков питания оснащают минимальным набором деталей фильтра, а дорогие имеют повторяющиеся звенья. В прошлом фильтр ЭМП и вовсе не входил в устройство блока питания. Даже сейчас можно встретить дешевый блок питания без фильтра, но такие курьезные случаи за годы значительно уменьшились. Являясь мощным источником помех, такой блок питания будет негативно влиять на включенную в бытовую сеть технику.
Устройство блока питания хорошего качества включает в себя детали, защищающие владельца или сам блок питания от повреждений. Как правило, используется плавкий предохранитель, защищающий от короткого замыкания (F1). При срабатывании предохранителя, блок питания перестанет быть защищаемым объектом. В случае короткого замыкания пробивает ключевые транзисторы, поэтому необходимо предотвратить возгорание электропроводки. Сгоревший предохранитель будет уже бессмысленно менять заменять.
Для защиты от кратковременных скачков напряжения используется варистор (MOV - Metal Oxide Varistor). К сожалению, устройство блока питания не включает в себя защиту от длительного повышения напряжения, поэтому используют внешние стабилизаторы, оснащенные трансформатором внутри.
Конденсатор в цепи PFC после выпрямителя способен сохранять существенный заряд в случае отключения от питания. Для безопасности устанавливается разряжающий резистор большого номинала. Иногда в устройство блока питания интегрируется управляющая схема, не дающая заряду утекать в процессе работы устройства.
Присутствие фильтра в блоке питания для компьютера и другой компьютерной техники означает то, что покупка варисторного фильтра вместо удлинителя не имеет смысла. Они имеют одинаковую начинку. Главное условие для комфортного использования - это нормальная трехконтактная проводка с заземлением, иначе соединенные с землей конденсаторы CY просто не смогут нормально функционировать.
Во всех современных компьютерах используются блоки питания стандарта ATX. Ранее использовались блоки питания стандарта AT, в них не было возможности удаленного запуска компьютера и некоторых схемотехнических решений. Введение нового стандарта было связано и с выпуском новых материнских плат. Компьютерная техника стремительно развивалась и развивается, поэтому возникла необходимость улучшения и расширения материнских плат. С 2001 года и был введен этот стандарт.
Давайте рассмотрим, как устроен компьютерный блок питания ATX.
Расположение элементов на плате
Для начала взгляните на картинку, на ней подписаны все узлы блока питания, далее мы кратко рассмотрим их предназначение.
А вот схема электрическая принципиальная, разбитая на блоки.
На входе блока питания стоит фильтр электромагнитных помех из дросселя и ёмкости (1 блок). В дешевых блоках питания его может не быть. Фильтр нужен для подавления помех в электропитающей сети возникших в результате работы .
Все импульсные блоки питания могут ухудшать параметры электропитающей сети, в ней появляются нежелательные помехи и гармоники, которые мешают работе радиопередающих устройств и прочего. Поэтому наличие входного фильтра крайне желательно, но товарищи из Китая так не считают, поэтому экономят на всём. Ниже вы видите блок питания без входного дросселя.
Дальше сетевое напряжение поступает на , через предохранитель и терморезистор (NTC), последний нужен для зарядки фильтрующих конденсаторов. После диодного моста установлен еще один фильтр, обычно это пара больших , будьте внимательны, на их выводах присутствует большое напряжение. Даже если блок питания выключен из сети следует предварительно их разрядить резистором или лампой накаливания, прежде чем трогать руками плату.
После сглаживающего фильтра напряжение поступает на схему импульсного блока питания она сложная на первый взгляд, но в ней нет ничего лишнего. В первую очередь запитывается источник дежурного напряжения (2 блок), он может быть выполнен по автогенераторной схеме, а может быть и на ШИМ-контроллере. Обычно - схема импульсного преобразователя на одном транзисторе (однотактный преобразователь), на выходе, после трансформатора, устанавливают линейный преобразователь напряжения (КРЕНку).
Типовая схема с ШИМ-контроллером выглядит примерно так:
Вот увеличенная версия схемы каскада из приведенного примера. Транзистор стоит в автогенераторной схеме, частота работы которой зависит от трансформатора и конденсаторов в его обвязке, выходное напряжение от номинала стабилитрона (в нашем случае 9В) который играет роль обратной связи или порогового элемента который шунтирует базу транзистора при достижении определенного напряжения. Оно дополнительно стабилизируется до уровня 5В, линейным интегральным стабилизатором последовательного типа L7805.
Дежурное напряжение нужно не только для формирования сигнала включения (PS_ON), но и для питания ШИМ-контроллера (блок 3). Компьютерные блоки пиатния ATX чаще всего построены на TL494 микросхеме или её аналогах. Этот блок отвечает за управление силовыми транзисторами (4 блок), стабилизацию напряжения (с помощью обратной связи), защиту от КЗ. Вообще 494 - это используется в импульсной технике очень часто, её можно встретить и в мощных блоках питания для светодиодных лент. Вот её распиновка.
Если вы планируете использовать компьютерный блок питания, например, для питания светодиодной ленты, будет лучше, если вы немного нагрузите линии 5В и 3.3В.
Заключение
Блоки питания ATX отлично подходят для питания радиолюбительских конструкций и как источник для домашней лаборатории. Они достаточно мощные (от 250, а современные от 350Вт), при этом можно найти на вторичном рынке за копейки, также подойдут и старые модели AT, для их запуска нужно лишь замкнуть два провода, которые раньше шли на кнопку системного блока, сигнала PS_On на них нет.
Если вы собрались ремонтировать или восстанавливать подобную технику, не забывайте о правилах безопасной работы с электричеством, о том, что на плате есть сетевое напряжение и конденсаторы могут оставаться заряженными долгое время.
Включайте неизвестные блоки питания через лампочку, чтобы не повредить проводку и дорожки печатной платы. При наличии базовых знаний электроники их можно переделать в мощное зарядное для автомобильных аккумуляторов или . Для этого изменяют цепи обратной связи, дорабатывают источник дежурного напряжения и цепи запуска блока.
