Сегодня мы с Вами будем говорить о том, как проверить компьютера? Проверку мы будем проводить с помощью двух разных измерительных приборов: мультиметра (мультитестера) и одной китайской "приспособы" :) Ими мы проведем необходимые измерения и попытаемся выявить неисправность блока питания компьютера. Будем надеяться, что с помощью данных приборов проверка блока питания пройдет не только успешно, но и познавательно!
Начнем, как и положено, с небольшой предыстории. Был в нашем IT отделе случай: рабочая станция пользователя включалась раза с третьего-четвертого. Потом - совсем перестала загружаться. Вообщем - "классика жанра", все вентиляторы крутятся, но .
Грешим на неисправность блока питания. Как же нам с Вами проверить блок питания компьютера? Давайте извлечем его из корпуса, автономно запустим и померяем напряжения на его выходе.
Как уже упоминалось, проведем проверку блока питания двумя разными измерительными приборами: одним безымянным китайским устройством и самым обычным мультиметром долларов за 10-15. Так мы сразу убьем двух зайцев: научимся работать с этими измерителями и сравним их показания между собой.
Предлагаю начать с простого правила: напряжения блока питания надо проверять, предварительно нагрузив чем-то сам БП . Дело в том, что без "нагрузки" мы будем получать неточные (немного завышенные) результаты измерений (а оно нам надо?). Согласно рекомендациям стандарта для блоков питания без подключения к ним нагрузки они вообще не должны запускаться.
Конечно, (в случае проведения замеров мультиметром) можно и не отключать БП от (сохранив, тем самым, для него рабочую нагрузку), но тогда я просто не смогу нормально сфотографировать для Вас сам процесс измерений:)
Итак, предлагаю нагрузить наш БП обычным 8-ми сантиметровым внешним вентилятором на 12V (можно - двумя), который мы на время проверки блока питания подключим к «Molex» разъему испытуемого. Вот так:
А вот так выглядит наш китайский тестер (вещь в себе) для проверки БП о котором я говорил раньше:
Как видите, устройство без названия. Надпись «Power Supply Tester» (тестер электропитания) и - все. Но нам название не обязательно, нам надо чтобы он замеры производил адекватно.
Я подписал основные коннекторы, с которых может снимать показания данное устройство, поэтому здесь - все просто. Единственно, перед тем как начинать проверку блока питания компьютера убедитесь в том, что правильно подключили дополнительный 4-х контактный штекер на 12V. Он используется при к соответствующему разъему возле центрального процессора.
Давайте разберем этот момент подробнее. Вот интересующая нас часть устройства крупным планом:
Внимание! Видите предупреждающую надпись "Use correct connector"? (используйте подходящий коннектор). При неправильном подключении мы не то что правильно проверить блок питания не сможем, мы сам измеритель угробим! На что тут нужно обратить внимание? На подсказки: «8P (пин)», «4P (пин)» и «6P (пин)»? К 4-х пиновому разъему подключается 4-х контактный (12-ти вольтовый) штекер питания процессора, к «6P» - шести контактный разъем дополнительного питания (к примеру - видеокарты), к «8P», соответственно, - 8-ми контактный. Только так и никак иначе!
Давайте посмотрим, как проверить блок питания данным устройством в "боевых" условиях? :) Вскрываем , внимательно подключаем к тестеру нужные нам коннекторы и смотрим на экран с результатами замеров.
На фото выше мы можем видеть на цифровом табло показатели замера. Предлагаю по порядку разобрать их все. Прежде всего, стоит обратить внимание на три зеленых светодиода слева. Они указывают на наличие напряжения по основным линиям: 12, 3,3 и 5V.
По центру на экране отображается числовой результат измерений. Причем отображаются как плюсовые значения, так и значения напряжения со знаком "минус".
Давайте еще раз посмотрим на фото выше и слева направо пройдемся по всем показаниям, тестера при проверке блока питания компьютера.
Это мы произвели проверку блока питания, который был полностью исправен (чтобы набить руку), так сказать:) Теперь вопрос, как проверить блок питания компьютера, который вызывает у нас подозрения? С него эта статья и начиналась, помните? Снимаем БП, "вешаем" к нему нагрузку (вентилятор) и подключаем к нашему тестеру.
Обратите внимание на выделенные области. Мы видим что напряжения БП компьютера по линиям 12V1 и 12V2 составляют 11,3 V (при номинале в 12V).
Хорошо это или плохо? Спросите Вы:) Отвечаю: согласно стандарту, есть четко заданные границы допустимых значений, которые считаются "нормальными". Все что в них не вписывается - иногда тоже замечательно работает, но зачастую - глючит или не включается вообще:)
Для наглядности - вот таблица допустимого разброса напряжений:
Первая колонка показывает нам все основные линии, которые есть в БП. Столбец "Допуск " это - максимально допустимое отклонение от нормы (в процентах). Согласно с ним, в поле "мин " указывается минимально допустимое значение по данной линии. Столбец "ном " приводит номинальный (рекомендуемый показатель, согласно стандарту). И - "макс " - максимально допустимое.
Как видите, (на одной из предыдущих фотографий) наш результат замера по линиям 12V1 и 12V1 равен 11,30V и он не вписывается в стандартный пятипроцентный разброс (от 11,40 до 12,60V). Данная неисправность блока питания, по видимому, и приводит к тому, что вообще или запускается с третьего раза.
Итак, неисправность, вызывающую подозрения мы обнаружили. Но как произвести дополнительную проверку и убедиться, что проблема именно в заниженном напряжении +12V? С помощью нашего (самого обычного) мультиметра под маркой «XL830L
».
Запускать, блок будем так, как описано в , замыкая два контакта (пина) скрепкой или куском проволоки подходящего диаметра.
Теперь - подсоединяем к БП внешний вентилятор (помним про "нагрузку") и - кабель 220V. Если мы все сделали правильно, то внешний вентилятор и "карлсон" на самом блоке начнут вращаться. Картина, на этом этапе, выглядит следующим образом:
На фото выделены приборы, с помощью которых мы будем проверять блок питания. Работу тестера из поднебесной мы уже рассматривали в начале статьи, теперь произведем те же измерения, но уже с помощью .
Здесь нужно немного отвлечься и рассмотреть поближе сам разъем БП компьютера. Точнее - те напряжения, которые в нем присутствуют. Как мы можем видеть (на одном из предыдущих фото) он состоит из 20-ти (или же - 24-ти четырех) проводов разного цвета.
Эти цвета употреблены не просто так, а обозначают весьма определенные вещи:
Предлагаю проверить и рассмотреть каждый пин отдельно:
Так - гораздо нагляднее, не правда ли? Про цвета Вы помните, да? (черный, желтый, красный и оранжевый). Это - основное, что нам надо запомнить и понять, прежде чем самостоятельно проверять блок питания. Но есть еще несколько пинов, на которые нам надо обратить внимание.
В первую очередь это провода:
Перед тем, как проверять блок питания мультиметром, рассмотрим еще два его разъема: дополнительный 4-х контактный для нужд процессора и «Molex» коннектор, для подключения и оптических приводов.
Здесь мы видим знакомые уже нам цвета (желтый, красный и черный) и соответствующие им значения: + 12 и + 5V.
Для большей наглядности скачайте себе всех напряжений БП отдельным архивом.
Сейчас давайте с Вами убедимся, что полученные нами теоретические знания вполне подтверждаются на практике. Каким же образом? Предлагаю начать с внимательного изучения заводского "стикера" (наклейки) на одном из реальных блоков питания стандарта ATX.
Обратите внимание на то, что подчеркнуто красным. «DC OUTPUT» (Direct Current Output - выходное значение постоянного тока).
На заметку : если, к примеру, дежурное напряжение согласно замерам равно не пяти вольтам, а, скажем, - четырем, то, весьма вероятно, что мы имеем дело с проблемным стабилизатором напряжения (стабилитроном), который следует заменить на аналогичный.
И последняя запись из списка выше говорит нам, что максимальная выходная мощность изделия в ваттах равна 400W, причем только каналы в 3 и 5V суммарно могут обеспечить 195 Ватт.
Примечание : «Power Good» - "питание соответствует норме". Напряжение от 3-х до 6-ти Вольт (номинал - 5V) вырабатывается после необходимых внутренних проверок через 100 - 500 ms (миллисекунд, получается - от 0,1 до 0,5 секунды) после включения. После этого микросхема тактового генератора формирует сигнал начальной установки . Если он отсутствует, то на материнской плате возникает другой сигнал - аппаратного сброса ЦП, не позволяя компьютеру работать при нештатном или нестабильном питании.
Если выходные напряжения не соответствуют номинальным (например, при его снижении в электросети), сигнал «Power Good» пропадает и процессор автоматически перезапускается. При восстановлении всех необходимых значений тока «P.G.» формируется заново и компьютер начинает работать так, как будто его только что включили. Благодаря быстрому отключению сигнала «Power Good» ПК “не замечает” неполадок в системе питания, поскольку останавливает работу раньше, чем могут появиться ошибки и другие проблемы, связанные с его нестабильностью.
В правильно спроектированном блоке выдача команда «Power Good» задерживается до стабилизации питания по всем цепям. В дешевых БП эта задержка недостаточна и процессор начинает работать слишком рано, что, само по себе, может даже привести к искажению содержимого CMOS-памяти.
Вот теперь, вооружившись необходимыми теоретическими знаниями, мы понимаем как правильно проверить блок питания компьютера с помощью мультитестера. Выставляем предел измерений по шкале постоянного тока в 20 Вольт и приступим к проверке блока питания.
Черный "щуп" тестера прикладываем к черному проводу "земля", а красным начинаем "тыкать" во все оставшиеся:)
Примечани е: не волнуйтесь, даже если Вы что-то не так начнете "щупать", то ничего не сожжете - просто получите не верные результаты измерений.
Итак, что мы видим на экране мультиметра в процессе проверки блока питания?
По линии +12V напряжение в 11,37V. Помните, китайский тестер показал нам 11,3 (в принципе, - похожее значение). Но все равно не дотягивает до минимально допустимого в 11,40V.
Обратите внимание также на две полезные кнопки на тестере: "Hold" - удержание показаний измерений на табло и "Back Light" - подсветка экрана (при работе в плохо освещенных помещениях).
Видим - те же (не внушающие доверия) 11,37V.
Теперь (для полноты картины) нам нужно проверить блок питания на предмет соответствия номиналу других значений. Протестируем, к примеру, пять Вольт на том же «Molex-е».
Черный "щуп" к "земле", а красный - к красному пятивольтовому пину. Вот результат на мультиметре:
Как видим - показатели в норме. Аналогично производим замеры всех остальных проводов и сверяем каждый результат с номиналом из .
Таким образом, проверка блока питания показала, что устройство имеет сильно заниженное (относительно номинала) напряжение +12V. Давайте, для наглядности еще раз промеряем эту же линию (желтый цвет на дополнительном 4-х контактном разъеме) у полностью исправного устройства.
Видим - 11,92V (помним что минимально допустимое значение здесь у нас - 11,40V). Значит в допуск вполне укладываемся.
Но проверить блок питания компьютера это еще - пол дела. Надо его после этого еще и отремонтировать, а этот момент мы разбирали в одной из предыдущих статей, которая называлась .
Надеюсь, что теперь Вы сами, при необходимости, сможете проверить блок питания компьютера, будете точно знать, какие именно напряжения должны присутствовать на его выводах и действовать, в соответствии с этим.
Из блока питания компьютера выходит толстый жгут проводов разного цвета и на первый взгляд, кажется, что разобраться с распиновкой разъемов невозможно.
Но если знать правила цветовой маркировки проводов, выходящих из блока питания, то станет понятно, что означает цвет каждого провода, какое напряжение на нем присутствует и к каким узлам компьютера провода подключаются.
В современных компьютерах применяются Блоки питания АТХ, а для подачи напряжения на материнскую плату используется 20 или 24 контактный разъём. 20 контактный разъем питания использовался при переходе со стандарта АТ на АТХ. С появлением на материнских платах шины PCI-Express, на Блоки питания стали устанавливать 24 контактные разъемы.
20 контактный разъем отличается от 24 контактного разъема отсутствием контактов с номерами 11, 12, 23 и 24. На эти контакты в 24 контактном разъеме подается продублированное уже имеющееся на других контактах напряжение.
Контакт 20 (белый провод) ранее служил для подачи −5 В в источниках питания компьютеров ATX версий до 1.2. В настоящее время это напряжение для работы материнской платы не требуется, поэтому в современных источниках питания не формируется и контакт 20, как правило, свободный.
Иногда блоки питания комплектуются универсальным разъемом для подключения к материнской плате. Разъем состоит из двух. Один является двадцати контактным, а второй – четырех контактный (с номерами контактов 11, 12, 23 и 24), который можно пристегнут к двадцати контактному разъему и, получится уже 24 контактный.
Так что если будете менять материнскую плату, для подключения которой нужен не 20, а 24 контактный разъем, то стоит обратить внимание, вполне возможно подойдет и старый блок питания, если в его наборе разъемов есть универсальный 20+4 контактный.
В современных Блоках питания АТХ, для подачи напряжения +12 В бывают еще вспомогательные 4, 6 и 8 контактные разъемы. Они служат для подачи дополнительного питающего напряжения на процессор и видеокарту.
Как видно на фото, питающий проводник +12 В имеет желтый цвет с черной долевой полосой.
Для питания жестких и SSD дисков в настоящее время применяется разъем типа Serial ATA. Напряжения и номера контактов показаны на фотографии.
Этот 4 контактный разъем ранее устанавливался в БП для питания флоппи-дисковода, предназначенного для чтения и записи с 3,5 дюймовых дискет. В настоящее время можно встретить только в старых моделях компьютеров.
В современные компьютеры дисководы Floppy disk не устанавливаются, так как они морально устарели.
Четырех контактный разъем на фото, является самым долго применяемым, но уже морально устарел. Он служил для подачи питающего напряжения +5 и +12 В на съемные устройства, винчестеры, дисководы. В настоящее время вместо него в БП устанавливается разъем типа Serial ATA.
Системные блоки первых персональных компьютеров комплектовались Блоками питания типа АТ. К материнской плате подходил один разъем, состоящий из двух половинок. Его надо было вставлять таким образом, чтобы черные провода были рядом. Питающее напряжение в эти Блоки питания подавалось через выключатель, который устанавливался на лицевой панели системного блока. Тем не менее, по выводу PG, сигналом с материнской платы имелась возможность включать и выключать Блок питания.
В настоящее время Блоки питания АТ практически вышли из эксплуатации, однако их с успехом можно использовать для питания любых других устройств, например, для питания ноутбука от сети, в случае выхода из строя его штатного блока питания, запитать паяльник на 12 В, или низковольтные лампочки, светодиодные ленты и многое другое. Главное не забывать, что Блок питания АТ, как и любой импульсный блок питания, не допускается включать в сеть без внешней нагрузки.
Провода одного цвета, выходящие из блока питания компьютера, припаяны внутри к одной дорожке печатной платы, то есть соединены параллельно. Поэтому напряжение на всех провода одного цвета одинаковой величины.
| Таблица цветовой маркировки проводов, выходных напряжений и размаха пульсаций БП АТХ | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Выходное напряжение, В | +3,3 | +5,0 | +12,0 | -12,0 | +5,0 SB | +5,0 PG | GND |
| Цветовая маркировка проводов | оранжевый | красный | желтый | синий | фиолетовый | серый | черный |
| Допустимое отклонение, % | ±5 | ±5 | ±5 | ±10 | ±5 | – | – |
| Допустимое минимальное напряжение | +3,14 | +4,75 | +11,40 | -10,80 | +4,75 | +3,00 | – |
| Допустимое максимальное напряжение | +3,46 | +5,25 | +12,60 | -13,20 | +5,25 | +6,00 | – |
| Размах пульсации не более, мВ | 50 | 50 | 120 | 120 | 120 | 120 | – |
Напряжение +5 В SB (Stand-by) – (провод фиолетового цвета) вырабатывает встроенный в БП самостоятельный маломощный источник питания выполненный на одном полевом транзисторе и трансформаторе. Это напряжение обеспечивает работу компьютера в дежурном режиме и служит только для запуска БП. Когда компьютер работает, то наличие или отсутствие напряжения +5 В SB роли не играет. Благодаря +5 В SB компьютер можно запустить нажатием кнопки «Пуск» на системном блоке или дистанционно, например, с Блока бесперебойного питания в случае продолжительного отсутствия питающего напряжения 220 В.
Напряжение +5 В PG (Power Good) – появляется на сером проводе БП через 0,1-0,5 секунд в случае его исправности после самотестирования и служит разрешающим сигналом для работы материнской платы.
При измерении напряжений «минусовой» конец щупа подсоединяется к черному проводу (общему), а «плюсовой» – к контактам в разъеме. Можно проводить измерения выходных напряжений непосредственно в работающем компьютере.
Напряжение минус 12 В (провод синего цвета) необходимо только для питания интерфейса RS-232, который в современные компьютеры не устанавливают. Поэтому в блоках питания последних моделей это напряжение может отсутствовать.
Иногда бывают, казалось бы, безвыходные ситуации. Например, Вы купили современную видеокарту, решили установить в компьютер. Нужный слот на материнской плате для установки видеокарты есть, а подходящего разъема на проводах, для дополнительного питания видеокарты, идущих от блока питания нет. Можно купить переходник, заменить блок питания целиком, а можно самостоятельно установить на блок питания дополнительный разъем для питания видеокарты. Это простая задача, главное иметь подходящий разъем, его можно взять от неисправного блока питания.
Сначала нужно подготовить провода, идущие от разъемов для соединения со сдвигом, как показано на фотографии. Дополнительный разъем для питания видеокарты можно присоединить к проводам, идущим, например, от блока питания на дисковод А. Можно присоединиться и к любым другим проводам нужного цвета, но с таким расчетом, чтобы хватило длины для подключения видеокарты, и желательно, чтобы к ним ничего больше не было подключено. Черные провода (общие) дополнительного разъема для питания видеокарты соединяются с черным проводом, а желтые (+12 В), соответственно с проводом желтого цвета.
Провода, идущие от дополнительного разъема для питания видеокарты, плотно овиваются не менее чем тремя витками вокруг провода, к которому они присоединяются. Если есть возможность, то лучше соединения пропаять паяльником . Но и без пайки в данном случае контакт будет достаточно надежным.
Завершается работа по установке дополнительного разъема для питания видеокарты изолированием места соединения, несколько витков и можно подключать видеокарту к блоку питания. Благодаря тому, что места скруток сделаны на удалении друг от друга, каждую скрутку изолировать по отдельности нет необходимости. Достаточно покрыть изоляцией только участок, на котором оголены провода.
При выходе из строя материнской платы или модернизации (апгрейде) компьютера, связанного с заменой материнской платы, неоднократно приходилось сталкиваться с отсутствием у блока питания разъема для подачи питающего напряжения с 24 контактами.
Имеющийся разъем на 20 контактов хорошо вставлялся с материнскую плату, но работать компьютер при таком подключении не мог. Необходим был специальный переходник или замена блока питания, что являлось дорогим удовольствием.
Но можно сэкономить, если немного самому поработать руками. У блока питания, как правило, есть много незадействованных разъемов, среди них может быть и четырех, шести или восьми контактный. Четырех контактный разъем, как на фотографии выше, отлично вставляется в ответную часть разъема на материнской плате, которая осталась незанятой при установке 20 контактного разъема.
Обратите внимание, как в разъеме, идущем от блока питания компьютера, так и в ответной части на материнской плате каждый контакт имеет свой ключ, исключающий неправильное подключение. У некоторых изоляторов контактов форма с прямыми углами, а у иных углы срезаны. Нужно разъем сориентировать, чтобы он входил. Если не получится подобрать положение, то срезать мешающий угол.
По отдельности как 20 контактный, так и 4 контактный разъемы вставляются хорошо, а вместе не вставляются, мешают друг другу. Но если немного сточить соприкасаемые стороны обоих разъемов напильником или наждачной бумагой, то хорошо вставятся.
После подгонки корпусов разъемов можно приступать к присоединению проводов 4 контактного разъема к проводам 20 контактного. Цвета проводов дополнительного 4 контактного разъема отличаются от стандартного, поэтому на них не нужно обращать внимания и соединить, как показано на фотографии.
Будьте крайне внимательными, ошибки недопустимы, сгорит материнская плата! Ближний левый, контакт №23, на фото черный, подсоединяется к красному проводу (+5 В). Ближний правый №24, на фото желтый, подсоединяется к черному проводу (GND). Дальний левый, контакт №11, на фото черный, подсоединяется к желтому проводу (+12 В). Дальний правый, контакт №12, на фото желтый, подсоединяется к оранжевому проводу (+3,3 В).
Осталось покрыть места соединения несколькими витками изоляционной ленты и новый разъем будет готов к работе.
Для того, чтобы не задумываться как правильно устанавливать сборный разъем в разъем материнской платы следует нанести с помощью маркера метку.
Для того чтобы постоянные напряжения появились на цветных проводах блока питания, на его вход нужно подать питающее напряжение. Для этого на стенке, где обычно установлен кулер, имеется трех контактный разъем. На фотографии этот разъем справа вверху. В нем есть три штыря. На крайние с помощью сетевого шнура подается питающее напряжение, а средний является заземляющим, и он через сетевой шнур при его подключении соединяется с заземляющим контактом электрической розетки. Ниже на некоторых Блоках питания, например на этом, установлен сетевой выключатель.
В домах старой постройки электропроводка выполнена без заземляющего контура, в этом случае заземляющий проводник компьютера остается не подключенным. Опыт эксплуатации компьютеров показал, что если заземляющий проводник не подключен, то это на работу компьютера в целом не сказывается.
Сетевой шнур для подключения Блока питания к электросети представляет собой трехжильный кабель, на одном конце которого имеется трех контактный разъем для подключения непосредственно к Блоку питания. На втором конце кабеля установлена вилка C6 с круглыми штырями диаметром 4,8 мм с заземляющим контактом в виде металлических полосок по бокам ее корпуса.
Если вскрыть пластмассовую оболочку кабеля, то можно увидеть три цветных провода. Желто - зеленый – является заземляющим, а по коричневому и синему (могут быть и другого цвета), подается питающее напряжение 220В.
Хотя токи, которые может отдавать в нагрузку блок питания, составляют десятки ампер, сечение выходящих проводников, как правило, составляет всего 0,5 мм 2 , что допускает передачу тока по одному проводнику величиной до 3 А. Более подробно о нагрузочной способности проводов Вы можете узнать из статьи «О выборе сечения провода для электропроводки» . Однако все провода одного цвета запаяны на печатной плате в одну точку, и если блок или модуль в компьютере потребляет больший, чем 3 А ток, через разъем подводится напряжение по нескольким проводам, включенным параллельно. Например к материнской плате напряжение +3,3 В и +5 В подводится по четырем проводам. Таким образом, обеспечивается подача тока на материнскую плату до 12 А.
Линейный и импульсный источники питания
Начнем с основ. Блок питания в компьютере выполняет три функции. Во-первых, переменный ток из бытовой сети электропитания нужно преобразовать в постоянный. Второй задачей БП является понижение напряжения 110-230 В, избыточного для компьютерной электроники, до стандартных значений, требуемых конвертерами питания отдельных компонентов ПК, - 12 В, 5 В и 3,3 В (а также отрицательные напряжения, о которых расскажем чуть позже). Наконец, БП играет роль стабилизатора напряжений.
Есть два основных типа источников питания, которые выполняют перечисленные функции, - линейный и импульсный. В основе простейшего линейного БП лежит трансформатор, на котором напряжение переменного тока понижается до требуемого значения, и затем ток выпрямляется диодным мостом.
Однако от БП требуется еще и стабилизация выходного напряжения, что обусловлено как нестабильностью напряжения в бытовой сети, так и падением напряжения в ответ на увеличение тока в нагрузке.
Чтобы компенсировать падение напряжения, в линейном БП параметры трансформатора рассчитываются так, чтобы обеспечить избыточную мощность. Тогда при высоком токе в нагрузке будет наблюдаться требуемый вольтаж. Однако и повышенное напряжение, которое возникнет без каких-либо средств компенсации при низком токе в полезной нагрузке, тоже неприемлемо. Избыточное напряжение устраняется за счет включения в цепь неполезной нагрузки. В простейшем случае таковой является резистор или транзистор, подключенный через стабилитрон (Zener diode). В более продвинутом - транзистор управляется микросхемой с компаратором. Как бы то ни было, избыточная мощность просто рассеивается в виде тепла, что отрицательно сказывается на КПД устройства.
В схеме импульсного БП возникает еще одна переменная, от которой зависит напряжение на выходе, в дополнение к двум уже имеющимся: напряжению на входе и сопротивлению нагрузки. Последовательно с нагрузкой стоит ключ (которым в интересующем нас случае является транзистор), управляемый микроконтроллером в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Чем выше длительность открытых состояний транзистора по отношению к их периоду (этот параметр называется duty cycle, в русскоязычной терминологии используется обратная величина - скважность), тем выше напряжение на выходе. Из-за наличия ключа импульсный БП также называется Switched-Mode Power Supply (SMPS).
Через закрытый транзистор ток не идет, а сопротивление открытого транзистора в идеале пренебрежимо мало. В действительности открытый транзистор обладает сопротивлением и рассеивает какую-то часть мощности в виде тепла. Кроме того, переход между состояниями транзистора не идеально дискретный. И все же КПД импульсного источника тока может превышать 90%, в то время как КПД линейного БП со стабилизатором в лучшем случае достигает 50%.
Другое преимущество импульсных источников питания состоит в радикальном уменьшении габаритов и массы трансформатора по сравнению с линейными БП такой же мощности. Известно, что чем выше частота переменного тока в первичной обмотке трансформатора, тем меньше необходимый размер сердечника и число витков обмотки. Поэтому ключевой транзистор в цепи размещают не после, а до трансформатора и, помимо стабилизации напряжения используют для получения переменного тока высокой частоты (для компьютерных БП это от 30 до 100 кГц и выше, а как правило - около 60 кГц). Трансформатор, работающий на частоте электросети 50-60 Гц, для мощности, требуемой стандартным компьютером, был бы в десятки раз массивнее.
Линейные БП сегодня применяются главным образом в случае маломощных устройств, когда относительно сложная электроника, необходимая для импульсного источника питания, составляет более чувствительную статью расходов в сравнении с трансформатором. Это, к примеру, блоки питания на 9 В, которые используются для гитарных педалей эффектов, а когда-то - для игровых приставок и пр. А вот зарядники для смартфонов уже сплошь импульсные - тут расходы оправданны. Благодаря существенно меньшей амплитуде пульсаций напряжения на выходе линейные БП также применяются в тех областях, где это качество востребованно.
БП настольного компьютера представляет собой импульсный источник питания, на вход которого подается напряжение бытовой электросети с параметрами 110/230 В, 50-60 Гц, а на выходе есть ряд линий постоянного тока, основные из которых имеют номинал 12, 5 и 3,3 В. Помимо этого, БП обеспечивает напряжение -12 В, а когда-то еще и напряжение -5 В, необходимое для шины ISA. Но последнее в какой-то момент было исключено из стандарта ATX в связи с прекращением поддержки самой ISA.
На упрощенной схеме стандартного импульсного БП, представленной выше, можно выделить четыре основных этапа. В таком же порядке мы рассматриваем компоненты блоков питания в обзорах, а именно:
Фильтр на входе БП служит для подавления двух типов электромагнитных помех: дифференциальных (differential-mode) - когда ток помехи течет в разные стороны в линиях питания, и синфазных (common-mode) - когда ток течет в одном направлении.
Дифференциальные помехи подавляются конденсатором CX (крупный желтый пленочный конденсатор на фото выше), включенным параллельно нагрузке. Иногда на каждый провод дополнительно вешают дроссель, выполняющий ту же функцию (нет на схеме).
Фильтр синфазных помех образован конденсаторами CY (синие каплевидные керамические конденсаторы на фото), в общей точке соединяющими линии питания с землей, и т.н. синфазным дросселем (common-mode choke, LF1 на схеме), ток в двух обмотках которого течет в одном направлении, что создает сопротивление для синфазных помех.
В дешевых моделях устанавливают минимальный набор деталей фильтра, в более дорогих описанные схемы образуют повторяющиеся (полностью или частично) звенья. В прошлом нередко встречались БП вообще без фильтра ЭМП. Сейчас это скорее курьезное исключение, хотя, покупая совсем дешевый БП, можно, все-таки нарваться на такой сюрприз. В результате будет страдать не только и не столько сам компьютер, сколько другая техника, включенная в бытовую сеть, - импульсные БП являются мощным источником помех.
В районе фильтра хорошего БП можно обнаружить несколько деталей, защищающих от повреждения само устройство либо его владельца. Почти всегда есть простейший плавкий предохранитель для защиты от короткого замыкания (F1 на схеме). Отметим, что при срабатывании предохранителя защищаемым объектом является уже не блок питания. Если произошло КЗ, то, значит, уже пробило ключевые транзисторы, и важно хотя бы предотвратить возгорание электропроводки. Если в БП вдруг сгорел предохранитель, то менять его на новый, скорее всего, уже бессмысленно.
Отдельно выполняется защита от кратковременных скачков напряжения с помощью варистора (MOV - Metal Oxide Varistor). А вот никаких средств защиты от длительного повышения напряжения в компьютерных БП нет. Эту функцию выполняют внешние стабилизаторы со своим трансформатором внутри.
Конденсатор в цепи PFC после выпрямителя может сохранять значительный заряд после отключения от питания. Чтобы беспечного человека, сунувшего палец в разъем питания, не ударило током, между проводами устанавливают разряжающий резистор большого номинала (bleeder resistor). В более изощренном варианте - вместе с управляющей схемой, которая не дает заряду утекать при работе устройства.
Кстати, наличие фильтра в блоке питания ПК (а в БП монитора и практически любой компьютерной техники он тоже есть) означает, что покупать отдельный «сетевой фильтр» вместо обычного удлинителя, в общем-то, без толку. У него внутри все то же самое. Единственное условие в любом случае - нормальная трехконтактная проводка с заземлением. В противном случае конденсаторы CY, соединенные с землей, просто не смогут выполнять свою функцию.
После фильтра переменный ток преобразуется в постоянный с помощью диодного моста - как правило, в виде сборки в общем корпусе. Отдельный радиатор для охлаждения моста всячески приветствуется. Мост, собранный из четырех дискретных диодов, - атрибут дешевых блоков питания. Можно также поинтересоваться, на какой ток рассчитан мост, чтобы определить, соответствует ли он мощности самого БП. Хотя по этому параметру, как правило, имеется хороший запас.
В цепи переменного тока с линейной нагрузкой (как, например, лампа накаливания или электроплитка) протекающий ток следует такой же синусоиде, как и напряжение. Но это не так в случае с устройствами, имеющими входной выпрямитель, - такими как импульсные БП. Блок питания пропускает ток короткими импульсами, примерно совпадающими по времени с пиками синусоиды напряжения (то есть максимальным мгновенным напряжением), когда подзаряжается сглаживающий конденсатор выпрямителя.
Сигнал тока искаженной формы раскладывается на несколько гармонических колебаний в сумме с синусоидой данной амплитуды (идеальным сигналом, который имел бы место при линейной нагрузке).
Мощность, используемая для совершения полезной работы (которой, собственно, является нагрев компонентов ПК), указана в характеристиках БП и называется активной. Остальная мощность, порождаемая гармоническими колебаниями тока, называется реактивной. Она не производит полезной работы, но нагревает провода и создает нагрузку на трансформаторы и прочее силовое оборудование.
Векторная сумма реактивной и активной мощности называется полной мощностью (apparent power). А отношение активной мощности к полной называется коэффициентом мощности (power factor) - не путать с КПД!
У импульсного БП коэффициент мощности изначально довольно низкий - около 0,7. Для частного потребителя реактивная мощность не составляет проблемы (благо она не учитывается электросчетчиками), если только он не пользуется ИБП. На бесперебойник как раз таки ложится полная мощность нагрузки. В масштабе офиса или городской сети избыточная реактивная мощность, создаваемая импульсными БП уже значительно снижает качество электроснабжения и вызывает расходы, поэтому с ней активно борются.
В частности, подавляющее большинство компьютерных БП оснащаются схемами активной коррекции фактора мощности (Active PFC). Блок с активным PFC легко опознать по единственному крупному конденсатору и дросселю, установленным после выпрямителя. В сущности, Active PFC является еще одним импульсным преобразователем, который поддерживает на конденсаторе постоянный заряд напряжением около 400 В. При этом ток из питающей сети потребляется короткими импульсами, ширина которых подобрана таким образом, чтобы сигнал аппроксимировался синусоидой - что и требуется для имитации линейной нагрузки. Для синхронизации сигнала потребления тока с синусоидой напряжения в контроллере PFC имеется специальная логика.
Схема активного PFC содержит один или два ключевых транзистора и мощный диод, которые размещаются на одном радиаторе с ключевыми транзисторами основного преобразователя БП. Как правило, ШИМ-контроллер ключа основного преобразователя и ключа Active PFC являются одной микросхемой (PWM/PFC Combo).
Коэффициент мощности у импульсных блоков питания с активным PFC достигает 0,95 и выше. Кроме того, у них есть одно дополнительное преимущество - не требуется переключатель сети 110/230 В и соответствующий удвоитель напряжения внутри БП. Большинство схем PFC переваривают напряжения от 85 до 265 В. Кроме того, снижается чувствительность БП к кратковременным провалам напряжения.
Кстати, помимо активной коррекции PFC, существует и пассивная, которая подразумевает установку дросселя большой индуктивности последовательно с нагрузкой. Эффективность ее невелика, и в современном БП вы такое вряд ли найдете.
Общий принцип работы для всех импульсных БП изолированной топологии (с трансформатором) один: ключевой транзистор (или транзисторы) создает переменный ток на первичной обмотке трансформатора, а ШИМ-контроллер управляет скважностью их переключения. Конкретные схемы, однако, различаются как по количеству ключевых транзисторов и прочих элементов, так и по качественным характеристикам: КПД, форма сигнала, помехи и пр. Но здесь слишком многое зависит от конкретной реализации, чтобы на этом стоило заострять внимание. Для интересующихся приводим набор схем и таблицу, которая позволит по составу деталей опознавать их в конкретных устройствах.
| Транзисторы | Диоды | Конденсаторы | Ножки первичной обмотки трансформатора | |
| Single-Transistor Forward | 1 | 1 | 1 | 4 |
| 2 | 2 | 0 | 2 | |
| 2 | 0 | 2 | 2 | |
| 4 | 0 | 0 | 2 | |
| 2 | 0 | 0 | 3 |
Помимо перечисленных топологий, в дорогих БП встречаются резонансные (resonant) варианты Half Bridge, которые легко опознать по дополнительному крупному дросселю (или двум) и конденсатору, образующим колебательный контур.
|
Single-Transistor Forward |
|
|
|
|
|
|
Вторичная цепь - это все, что находится после вторичной обмотки трансформатора. В большинстве современных блоков питания трансформатор имеет две обмотки: с одной из них снимается напряжение 12 В, с другой - 5 В. Ток сначала выпрямляется с помощью сборки из двух диодов Шоттки - одной или нескольких на шину (на самой высоконагруженной шине - 12 В — в мощных БП бывает четыре сборки). Более эффективными с точки зрения КПД являются синхронные выпрямители, в которых вместо диодов используются полевые транзисторы. Но это прерогатива по-настоящему продвинутых и дорогих БП, претендующих на сертификат 80 PLUS Platinum.
Шина 3,3 В, как правило, выводится от той же обмотки, что и шина 5 В, только напряжение понижается с помощью насыщаемого дросселя (Mag Amp). Специальная обмотка на трансформаторе под напряжение 3,3 В - экзотический вариант. Из отрицательных напряжений в текущем стандарте ATX осталось только -12 В, которое снимается со вторичной обмотки под шину 12 В через отдельные слаботочные диоды.
ШИМ-управление ключом преобразователя изменяет напряжение на первичной обмотке трансформатора, а следовательно - на всех вторичных обмотках сразу. При этом потребление тока компьютером отнюдь не равномерно распределено между шинами БП. В современном железе наиболее нагруженной шиной является 12-В.
Для раздельной стабилизации напряжений на разных шинах требуются дополнительные меры. Классический способ подразумевает использование дросселя групповой стабилизации. Три основные шины пропущены через его обмотки, и в результате если на одной шине увеличивается ток, то на других - падает напряжение. Допустим, на шине 12 В возрос ток, и, чтобы предотвратить падение напряжения, ШИМ-контроллер уменьшил скважность импульсов ключевых транзисторов. В результате на шине 5 В напряжение могло бы выйти за допустимые рамки, но было подавлено дросселем групповой стабилизации.
Напряжение на шине 3,3 В дополнительно регулируется еще одним насыщаемым дросселем.
В более совершенном варианте обеспечивается раздельная стабилизация шин 5 и 12 В за счет насыщаемых дросселей, но сейчас эта конструкция в дорогих качественных БП уступила место преобразователям DC-DC. В последнем случае трансформатор имеет единственную вторичную обмотку с напряжением 12 В, а напряжения 5 В и 3,3 В получаются благодаря преобразователям постоянного тока. Такой способ наиболее благоприятен для стабильности напряжений.
Выходной фильтр
Финальной стадией на каждой шине является фильтр, который сглаживает пульсации напряжения, вызываемые ключевыми транзисторами. Кроме того, во вторичную цепь БП в той или иной мере пробиваются пульсации входного выпрямителя, чья частота равна удвоенной частоте питающей электросети.
В состав фильтра пульсаций входит дроссель и конденсаторы большой емкости. Для качественных блоков питания характерна емкость не менее 2 000 мкФ, но у производителей дешевых моделей есть резерв для экономии, когда устанавливают конденсаторы, к примеру, вдвое меньшего номинала, что неизбежно отражается на амплитуде пульсаций.
Описание компонентов блока питания было бы неполным без упоминания об источнике дежурного напряжения 5 В, который делает возможным спящий режим ПК и обеспечивает работу всех устройств, которые должны быть включены постоянно. «Дежурка» питается от отдельного импульсного преобразователя с маломощным трансформатором. В некоторых БП встречается и третий трансформатор, использующийся в цепи обратной связи для изоляции ШИМ-контроллера от первичной цепи основного преобразователя. В других случаях эту функцию выполняют оптопары (светодиод и фототранзистор в одном корпусе).
Одним из основных параметров БП является стабильность напряжений, которая находит отражение в т.н. кросс-нагрузочной характеристике. КНХ представляет собой диаграмму, в которой на одной оси отложен ток или мощность на шине 12 В, а на другой - совокупный ток или мощность на шинах 3,3 и 5 В. В точках пересечения при разных значениях обеих переменных определяется отклонение напряжения от номинала на той или иной шине. Соответственно, мы публикуем две разные КНХ - для шины 12 В и для шины 5/3,3 В.
Цвет точки означает процент отклонения:
Для получения КНХ используется сделанный на заказ стенд для тестирования блоков питания, который создает нагрузку за счет рассеивания тепла на мощных полевых транзисторах.
Другой не менее важный тест - определение размаха пульсаций на выходе БП. Стандарт ATX допускает пульсации в пределах 120 мВ для шины 12 В и 50 мВ - для шины 5 В. Различают высокочастотные пульсации (на удвоенной частоте ключа основного преобразователя) и низкочастотные (на удвоенной частоте питающей сети).
Этот параметр мы измеряем при помощи USB-осциллографа Hantek DSO-6022BE при максимальной нагрузке на БП, заданной спецификациями. На осциллограмме ниже зеленый график соответствует шине 12 В, желтый - 5 В. Видно, что пульсации находятся в пределах нормы, и даже с запасом.
Для сравнения приводим картину пульсаций на выходе БП старого компьютера. Этот блок изначально не был выдающимся, но явно не стал лучше от времени. Судя по размаху низкочастотных пульсаций (обратите внимание, что деление развертки напряжения увеличено до 50 мВ, чтобы колебания поместились на экран), сглаживающий конденсатор на входе уже пришел в негодность. Высокочастотные пульсации на шине 5 В находятся на грани допустимых 50 мВ.
В следующем тесте определяется КПД блока при нагрузке от 10 до 100% от номинальной мощности (путем сравнения мощности на выходе с мощностью на входе, измеренной при помощи бытового ваттметра). Для сравнения на графике приводятся критерии различных категорий 80 PLUS. Впрочем, большого интереса в наши дни это не вызывает. На графике приведены результаты топового БП Corsair в сравнении с весьма дешевым Antec, а разница не то чтобы очень велика.
Более насущный для пользователя вопрос - шум от встроенного вентилятора. Непосредственно измерить его вблизи от ревущего стенда для тестирования БП невозможно, поэтому мы измеряем скорость вращения крыльчатки лазерным тахометром - также при мощности от 10 до 100%. На нижеприведенном графике видно, что при низкой нагрузке на этот БП 135-миллиметровый вентилятор сохраняет низкие обороты и вряд ли слышен вообще. При максимальной нагрузке шум уже можно различить, но уровень все еще вполне приемлемый.
Блок питания - "сердце" электроснабжения компонентов компьютера. Он преобразует входящее переменное напряжение в постоянный ток напряжением +3,3 В, +5 В, +12 В.
1. Блок питания компьютера, его разъёмы и напряжения
2. Расчёт мощности
3. Основные характеристики блоков питания
Компоненты компьютера используют следующие напряжения:
3,3В - Материнская плата, модули памяти, платы PCI, AGP, PCI-E, контроллеры
5В - Дисковые накопители, приводы, PCI, AGP, ISA
12В - Приводы, карты AGP, PCI-E
Как видно одни и те же компоненты могут использовать разные напряжения.
Функция PS_ON позволяет выключить и включить блок питания программно. Эта функция выключает блок питания когда операционная система завершит свою работу.
Сигнал Power_Good. При включении компьютера блок питания проводит самотестирование. И если выходные напряжения питания в норме он посылает сигнал на материнскую плату в чип управления питанием процессора. Если он не получит такой сигнал, система не запустится.
Бывает так что на блоке питания не хватает необходимых разъёмов. Выйти из положения можно, применяя различные переходники и разветвители:
Мощности на выходе по каждой линии обычно написаны на наклейке блока питания и расчитываются по формуле:
Ватты (Вт) = Вольты (В) х Амперы (А)
Тем самым сложив все мощности по каждой линии получим общую мощность блока питания.
Однако, часто выходная мощность не соответствует заявленной. Лучше брать немного более мощный блок, чтобы компенсировать возможную нехватку мощности.
Предпочтение думаю лучше отдавать проверенным брендам, однако не факт что блок будет качественным. Проверить можно только одним способом - вскрыть его. Должны быть массивные радиаторы, входные конденсаторы большой ёмкости, качественный трансформатор, должны быть распаяны все детали
Блоки питания не могут работать без нагрузки. При его проверки, к нему необходимо подключить что-нибудь. Иначе он может сгореть или, при наличии защиты, он отключится.
Запустить его можно закорачиванием двух проводков на основном разъёме ATX, зелёного и любого чёрного.
Характеристики:
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.
Важным достоинством такой схемы преобразования напряжения также является возможность работы с частотами, значительно большими, чем 50 Гц электросети. Чем выше частота тока, тем меньшие габариты сердечника трансформатора и число витков обмоток требуются. Именно поэтому импульсные блоки питания значительно компактнее и легче классических схем с входным понижающим трансформатором.
За включение блока питания ATX отвечает цепь на основе транзистора T9 и следующих за ним каскадов. В момент включения блока питания в сеть на базу транзистора через токоограничительный резистор R58 подается напряжение 5В с выхода источника дежурного питания, в момент замыкания провода PS-ON на массу схема запускает ШИМ-контроллер TL494. При этом отказ источника дежурного питания приведет к неопределенности работы схемы запуска БП и вероятному отказу включения, о чем уже упоминалось.
