Де використовуються блоки живлення

Блок живлення є одним з найважливіших компонентів, які входять до складу системного блоку. Його розміщення ви можете побачити на додатку №1. В загальному блоки живлення діляться на високочастотні та ниськочастотні. При цьому високочастотні діляться на однотактні і двотактні, а ниськочастотні – на параметричні та імпульсні. Останні ми і будемо розглядати.

Головне призначення блоків живлення – перетворення змінного електричного струму, який потрапляє з мережі, в лектричний струмм, придатний для живлення вузлів комп'ютера. Блок живлення перетворює мережну змінну напругу 220В, 50Гц (120В, 60Гц) у постійні напруги +5 і +12В, а в деяких системах і в 3, 3В. Як правило, для живлення цифрових схем (системної плати, плат адаптерів і дискових накопичувачів) використовується напруга 3, 3 чи +5 В, а для двигунів (дисководів і різних вентиляторів) - +12В. Комп'ютер працює надійно тільки в тому випадку, якщо значення напруги в цих ланцюгах не виходять за встановлені межі.

Занурившись глибше в роботу блоків живлення, ми дізнаемось, що крім віще заданих напруг, він видає ще негативні напруги -5 -12В. На практиці з'ясовується, що для живлення всіх компонентів системи (електронних схем і двигунів) досить +5 і +12В, анегативні напруги в більшості сучасних компютерів не використовується.

Хоч напруги -5 і -12В подаються на системну плату через роз’єми живлення, для її роботи потрібний лише 5-ти вольтове джерело живлення. Живлення -5В надходить на контакт В5 шини ISA, а на самій системній платі вона не використовується. Ця напруга призначалася для живлення аналогових схем у старих контролерах накопичувачів на гнучких дисках, тому вона і підведена до шини. У сучасних контролерах напруга -5В не використовується; вона зберігається лише як частина стандарту шини ISA. Блок живлення в системі із шиною МСА (Micro Channel Arhitecture) не має сигналу –5В. В подібних системах ця напруга не використовується, оскільки в них завжди встановлюються найновіші контролери дисководів.

Напруга +12 та –12В на системній платі також не використовується, а відповідні ланцюги під’єднані до контактів В9 та В7 шини ISA. До них можуть під’єднуватись схеми будь-яких адаптерів, але частіше всього під’єднуються передавачі та приймачі послідовних портів. Якщо послідовні порти змонтовані на самій системній платі, то для їх живлення може використовуватись напруга –12 та +12В. Навантаження джерел живлення для схеми послідовних портів дуже незначна. Наприклад, працюючий одночасно на два порти здвоєний асинхронний адаптер комп’ютерів PS/2 для виконування операцій з портами використовує лише 35мА по ланцюзі +12В і 35мА – по ланцюзі –12В.

Сигнал 12В від блоку живлення не подається, якщо в комп’ютері на схемах встановленні послідовниі сучасні порти, так як для них достатньо напруги +5В (або навіть 3, 3В). В основному напруга +12В призначена, для живлення двигунів дискових накопичувачів. Джерело живлення в цьому ланцюзі повинно забезпечувати великий вихідний струм, особливо в комп’ютерах з великою кількістю відділень для дисководів. Напруга +12В подається також на вентилятори, котрі, як правило, працюють постійно. Зазвичай двигун вентилятора використовує від 100 до 250мА, але в нових комп’ютерах це значення нижче 100мА. В більшості ПК вентилятори працюють від джерела +12В, але в портативних моделях для них використовується напруга +5В (або навіть 3, 3В).

Блок живлення не дозволить комп’ютеру працювати, поки величини напруги не досягнуть значень, для достатньої роботи. В кожному блоці живлення перед отриманням дозволу на запуск системи виконується внутрішня перевірка та тестування вихідної напруги. Після цього на системну плату посилається спеціальний сигнал “Power_Good”, який означає, що напруга в нормі. Якщо такий сигнал не поступає, то комп’ютер працювати не буде. Напруга джерела може виявитись дуже високою або низькою для нормальної роботи блока живлення, і він може перегрітись. В будь-якому випадку сигнал “Power_Good” пропаде, що призведе або до перезапуску, або до повного відключення системи компютера. Якщо ваш комп’ютер не подає ознак життя при ввімкненні, але вентилятори та двигуни накопичувачів працюють, то, можливо, відсутній сигнал “Power_Good”.

Настільки радикальний спосіб захисту був передбачений фірмою IBM виходячи з тих міркувань, що при перезагрузці або перегріві блоку живлення його вихідні напруги можуть вийти за допустимих меж, і працювати буде неможливо. Іноді сигнал “Power_Good” використовується для скидання вручну. Він подається на мікросхему тактового генератора. Ця мікросхема керує формуванням тактових імпульсів і виробляє сигнал початкового перезапуску. Якщо сигнальний ланцюг “Power_Good” заземлити яким не будь перемикачем, то генерація тактових сигналів припиняється і процесор зупиняється. Після розмикання перемикача виробляється короткочасний сигнал початкової установки процесора і дозволяється нормальне проходження сигналу “Power_Good”. В результаті виконується апаратна перезагрузка комп’ютера.

Сигнали і живлення які виробляють імпульсні блоки живлення типу ATX

В сучасних моделях комп`ютерів в системних блоках типу ATX та LPX, використовуються додаткові спеціальні сигнали, які видає нам імпульсний блок живлення типу ATX. Ці сигнали мають такі назви: 5v_Stantby і Power On.

Power On – це сигнал, який поступає з материнської плати на блок живлення. Дозволяє виключити систему програмним шляхом і використовувати клавіатуру для включення ПК.

5v_Stantby – називають сигналом живлення низького рівня (Soft Power), вінт є активним завжди, навіть коли живлення ПК вимкнуто (сам блок живлення підєднаний до мережі), ця напруга служить для живлення тієї частини схеми системної плати. Яка відповідає за включення та виключення ПК.

Величина сигналу Power Good – може складати від +3, 3В до +6В. Він виробляється блоком живлення після виконання внутрішніх перевірок і виходу на номінальний режим. У більшості 0, 1 – 0.5с. Сигнал подається на материнську плату, де мікросхеми тактового генератора формують сигнал початкового встановлення процесора. При відсутності сигналу Power Good мікросхема тактового генератора постійно подає на процесор сигнал початкового встановлення, не дозволяючи ПК працювати при неправельній або не стабільній напрузі.

Також імпульсний блок живлення стандарту ATX мають додаткову напругу + 3, 3В, для живлення процесора. Розширена специфікація інформації від датчиків вентилятора на системну плату, що забезпечує контроль швидкості обертання вентилятора. для цього використовується скріплений жгут та додатковий розєм.

Будова імпульсного блока живлення ПК

Блок живлення ПК забезпечує напругами постійного струму системний блок із усіма його складними і часто вибагливими пристроями. З найперших моделей ПК тут застосовується двотактна схема перетворювача з безтрансформаторним входом, без революційних змін ця схема дійшла і до наших днів. Спрощена схема блоку живлення приведена на додатку №3. Недоліком імпульсних блоків живлення порівняно з блоками живлення на основі силового трансформатора являється не великий строк їх служби. Вхідна напруга потрапляє на мережевий фільтр, який нейтралізує скачки напруги в мережі. Після високочастотного фільтра вона випрямляється і надходить на накопичувальні конденсатори (С1 і С2), що є головними зберігачами енергії на випадок короткочасного провалу напруги живлення. Потужні високовольтні транзистори VТ1 і VТ2 і конденсатори С1 і С2 утворюють мостову схему генератора перетворювача, навантаженням якого є високочастотний імпульсний силовий трансформатор Т2. Цей трансформатор забезпечує і гальванічну розв'язку вихідних і вхідних ланцюгів. Перетворювач є регулюючим елементом стабілізатора напруги основного джерела +5В. Інші напруги можуть бути стабілізовані додатковими вхідними стабілізаторами, але найчастіше їх залишають і нестабілізованими. При цьому чим більше навантаження блоку по основний (стабілізованої) колу, тим вище напруги на інших шинах. Переконатися в цьому просто – спостерігайте за вентилятором процесора, що живиться від ланцюга +12В, змінюючи навантаження по ланцюзі +5В, – наприклад, з підключеною системною платою і без неї. При підключенні навантаження швидкість обертання вентилятора підвищується. Це відбувається тому, що з підвищенням струму навантаження перетворювач виробляє більш широкі імпульси, а вихідні напруги нестабілізованих випрямлювачів (при постійному навантаженні) будуть пропорційно їхній ширині. З цієї причини рівні напруги на не основних виходах більшості блоків живлення будуть відповідати номіналам лише при номінальному (і збалансованому) навантаженню. Але, як правило, споживачі цих напруг не вимагають особливої точності напруги, а стабільність забезпечується відносною сталістю навантаження основного ланцюга.

Двотактні блоки живлення ПК будуються на основі керуючої мікросхеми TL494CN чи її аналогів. Ця мікросхема містить убудований генератор і керує ключами вхідних транзисторів, сприймаючи сигнали зворотного зв'язку з ланцюга +5В і сигнал відключення по токовому перевантаженню. Для визначення перевантаження по струму послідовно з первинною обмоткою силового трансформатора включають ще і трансформатор струму, із входу якого сигнал через порогову схему подається на вхід керуючої мікросхеми. Цікава особливість блоків живлення, побудованих на мікросхемі TL494CN, полягає в ідеології керування вхідними ключами. Усупереч чеканням, зв'язаним з експлуатацією блоків живлення, наприклад ЕС ПК, ця мікросхема керує запиранням вихідних ключів, а не активним відмиканням. Завдяки такому підходу процес запуску джерела (у тих же блоках ЄС для запуску застосовувалося джерело службової напруги). При включенні блоку живлення РС симетричний мультивібратор, утворений вихідними транзисторами разом із трансформатором, починає плавно збуджуватися. Коли вихідна напруга ланцюга +12В, від якого харчується і керуюча мікросхема, досягає рівня декількох вольтів, мікросхема приступає до виконання своїх стримуючих регулювальних обов'язків і блок виходить у робочий режим, керований генератором мікросхеми. Зазначимо, що деякі блоки не запускаються без навантаження.

Блоки живлення РС не критичні до частоти мережі (50 чи 60 Гц) і можуть працювати навіть від мережі постійного струму. Відносно старі блоки живлення мають перемикачі діапазону вхідної напруги. Переключення діапазону вхідної напруги легко здійснюється перемикачем S1, що перетворить мостову схему випрямляча в схему випрямляча з подвоєнням для живлення від мережі 110-127 В. При включенні блоку, призначеного для роботи при напрузі 110В в мережу 220 В, часто виходять з ладу ключові транзистори чи діоди. Сучасні блоки, у яких зазначена властивість Autoswitching Power Supply, мають компоненти з великим запасом по допустимій напрузі і не вимагають переключення номіналу вхідної живильної напруги - вони працюють у діапазоні 110-230 В.

Принцип дії і складові частини блока живлення

Блоки живлення апаратури, призначені для живлення від мережі перемінного струму, у залежності від призначення і потужності можуть бути виконані по різних схемах.Тут понижуючий трансформатор, що працює на частоті живильної мережі 50\60 Гц, крім забезпечення необхідної напруги також забезпечує і гальванічну розв'язку ланцюгів, що живляться від мережі перемінного струму. Вихідна напруга може стабілізуватися безупинним чи імпульсним низьковольтним стабілізатором напруги. Головний недолік такого блоку - великі габарити низькочастотного силового трансформатора. Трансформатор блоку живлення, розрахований на частоту 60 Гц, на частоті 50 Гц може відчутно нагріватися. Природно, від мережі постійного струму такий блок працювати не може. Блок живлення з трансформаторним входом застосовуються при невеликій вхідній потужності, найчастіше у виносних адаптерах, що забезпечують живлення модемів, хабів і інших малопотужних пристроїв зовнішнього виконання. Зменшити габарити і вагу блоку живлення дозволяє переклад понижуючого трансформатора на високу частоту - десятки Кгц. У цьому випадку вхідна напруга відразу випрямляється і після фільтрації надходить на високочастотний перетворювач. Високочастотні імпульси перетворювача надходять на понижуючий імпульсний трансформатор, що забезпечує і гальванічну розв'язку вхідних і вихідних ланцюгів. Перетворювач найчастіше роблять керованим, так що на нього покладають і функції регулюючого елемента стабілізатора напруги. Керуючи шиною імпульсу, можна змінювати величину енергії, що надходить через трансформатор у випрямляч, і, отже, регулювати (стабілізувати) його вхідну напругу. У залежності від потужності стабілізатор будується по однотактній чи двотактній схемі. Однотактна схема трохи простіша (додаток №4), і її застосовують у блоках живлення моніторів, де потужність звичайно не перевищує сотні ватів. У моніторах частоту імпульсного блоку звичайно синхронізують з частотою генератора рядкового розгорнення в запобігання імпульсних перешкод.

Двотактні перетворювачі складніше, але вони забезпечують велику вихідну потужність. Такі блоки широко використовуються в блоках живлення ПК. Якщо блок живлення повинен виробляти кілька вихідних напруг, перетворювач може стабілізувати лише одну з них. Звичайно для стабілізації вибирають основну живлячу напругу, для блоків РС це ланцюг +5 В. Інші напруги можуть бути стабілізовані додатковими вихідними стабілізаторами, але часто їхній залишають і нестабілізованими. При цьому з'являється не відразу очевидний зв'язок: чим більше навантаження на основний (стабілізований) ланцюг, тим вище напруги на інших шинах.

Імпульсні блоки живлення мають малі габарити, але компактний трансформатор являє собою досить складний виріб. Імпульсні перешкоди понижують ретельно розробленими фільтрами. Зовнішнє випромінювання понижується металевим екраном, у який укладаються весь блок.

Імпульсні блоки живлення не критичні до частоти мережі (50 чи 60 Гц) і часто дозволяють працювати в широкому діапазоні вхідних напруг. Відносно старі блоки живлення мають перемикачі діапазону вхідної напруги. Сучасні блоки, у яких зазначена властивість Autoswitching Power Supply.

Мають компоненти з великим запасом по допустимому напруженню і не вимагають переключення номіналу вхідного живильного напруги, – вони працюють у діапазоні 110-230 В. Такі блоки застосовуються в більшості сучасних моніторів.

Наявність випрямляча і накопичувального конденсатора на вході безтрансформаторного блоку живлення обумовлює яскраво виражену динамічну нелінійність вхідного ланцюга. Поки миттєве значення напруги нижче напруги на накопичувальному конденсаторі випрямляча, струм практично не споживається. На верхівках синусоїд струм різко зростає, так що в його спектрі дуже сильно виражена 3-я гармоніка. Для живильної мережі такий характер навантаження небажаний, але з ним приходиться миритися. Звичайно, нелінійність є й у трансформаторному блоці живлення, але вона трохи згладжується низькочастотним трансформатором.

Ремонт та обслуговування імпульсних джерел живлення