Простая переделка атх в блок питания. Лабораторный блок питания из компьютерного бп

реклама

Попробуем снизить планку и ограничимся модернизацией обычного компьютерного блока питания ATX под необходимые требования. Гм, а что именно станет предметом рассмотрения? Вообще-то, 300-400 ваттный БП может обеспечить довольно значительную мощность, область применения у него большая. В одной статье трудно объять необъятное, поэтому ограничимся самым распространенным – усилителем низкой частоты, под него и попробуем осуществить переделку.

Постановка задачи

Блок питания довольно большой мощности, хотелось бы его использовать по максимуму. Из 12 вольт мощный усилитель не сделать, здесь требуется совсем другой подход – двуполярное питание с выходным напряжением явно побольше 12 В. Если БП будет запитывать самодельный усилитель, собранный из дискретных элементов, то его напряжение питания может быть любым (в разумных пределах), а вот интегральные микросхемы довольно придирчивы. Для определенности возьмем усилитель на – напряжение питания до 100 В (+/-50 В) с выходной мощностью 100 Вт. Микросхема обеспечивает ток в динамике до 10 ампер, что определяет максимальный ток нагрузки блока питания.

Вроде всё ясно, остается уточнить уровень выходного напряжения. Допускается работа от источника питания 100 вольт (+/-50 В), но попытка выбора такого значения выходного напряжения оказалась бы большой ошибкой. Микросхемы крайне отрицательно относятся к предельным режимам работы, особенно при одновременном максимальном значении нескольких параметров - напряжения питания и мощности. К тому же, вряд ли в обычной квартире есть смысл обеспечивать столь высокий уровень мощности, даже для низкочастотных динамиков с их низкой эффективностью.

Мне нужен был легкий блок питания, для разных дел (экспедиций, питания разных КВ и УКВ трансиверов или для того чтобы переезжая на другую квартиру не таскать с собой трансформаторный БП) . Прочитав доступную информацию в сети, о переделке компьютерных БП - понял, что разбираться придется самому. Все что нашел, было описано както сумбурно и не совсем понятно (для меня) . Здесь я расскажу, по порядку, как переделывал несколько разных блоков. Различия будут описаны отдельно. Итак, я нашел несколько БП от старых PC386 мощностью 200W (во всяком случае, так было на крышке написано) . Обычно на корпусах таких БП пишут примерно следующее: +5V/20A , -5V/500mA , +12V/8A , -12V/500mA

Токи указанные по шинам +5 и +12В - импульсные. Постоянно нагружать такими токами БП нельзя, перегреются и треснут высоковольтные транзисторы. Отнимем от максимального импульсного тока 25% и получим ток который БП может держать постоянно, в данном случае это 10А и до 14-16А кратковременно (не более 20сек) . Вообще-то тут нужно уточнить, что 200W БП бывают разные, их тех что мне попадались не все могли держать 20А даже кратковременно! Многие тянули только 15А, а некоторые до 10А. Имейте это в виду!

Хочу заметить что конкретная модель БП роли не играет, так как все они сделаны практически по одной схеме с небольшими вариациями. Наиболее критичным моментом, является наличие микросхемы DBL494 или ее аналогов. Мне попадались БП с одной микросхемой 494 и с двумя микросхемами 7500 и 339. Всё остальное, не имеет большого значения. Если у вас есть возможность выбрать БП из нескольких, в первую очередь, обратите внимание на размер импульсного трансформатора (чем больше, тем лучше) и наличие сетевого фильтра. Хорошо, когда сетевой фильтр уже распаян, иначе его придётся самому распаять, чтобы помехи снизить. Это несложно, намотайте 10 витков на ферритовом кольце и поставьте два конденсатора, места для этих деталей уже предусмотрены на плате.

ПЕРВООЧЕРЕДНЫЕ МОДИФИКАЦИИ

Для начала, сделаем несколько простых вещей, после которых вы получите хорошо работающий блок питания с выходным напряжением 13.8В, постоянным током до 4 - 8А и кратковременным до 12А. Вы убедитесь что БП работает и определитесь, нужно ли продолжать модификации.

1. Разбираем блок питания и вытаскиваем плату из корпуса и тщательно чистим её, щеткой и пылесосом. Пыли быть не должно. После этого, выпаиваем все пучки проводов идущие к шинам +12, -12, +5 и -5В.

2. Вам нужно найти (на плате) микросхему DBL494 (в других платах стоит 7500, это аналог) , переключить приоритет защиты c шины +5В на +12В и установить нужное нам напряжение (13 - 14В) .
От 1-ой ноги микросхемы DBL494 отходит два резистора (иногда больше, но это не принципиально) , один идёт на корпус, другой к шине +5В. Он нам и нужен, аккуратно отпаиваем одну из его ножек (разрываем соединение) .

3. Теперь, между шиной +12В и первой ножной микросхемы DBL494 припаиваем резистор 18 - 33ком. Можно поставить подстроечный, установить напряжение +14В и потом заменить его постоянным. Я рекомендую установить не 13.8В, а именно 14.0В, потому что большинство фирменной КВ-УКВ аппаратуры работает лучше при этом напряжении.

НАСТРОЙКА И РЕГУЛИРОВКА

1. Пора включить наш БП, чтобы проверить, всё ли мы сделали правильно. Вентилятор можно не подключать и саму плату в корпус не вставлять. Включаем БП, без нагрузки, к шине +12В подключаем вольтметр и смотрим какое там напряжение. Подстроечным резистором, который стоит между первой ногой микросхемы DBL494 и шиной +12В., устанавливаем напряжение от 13.9 до +14.0В.

2. Теперь проверьте напряжение между первой и седьмой ногами микросхемы DBL494, оно должно быть не меньше 2В и не больше 3В. Если это не так, подберите сопротивление резистора между первой ногой и корпусом и первой ногой и шиной +12В. Обратите особое внимание на этот пункт, это ключевой момент. При напряжении выше или ниже указанного, блок питания будет работать хуже, нестабильно, держать меньшую нагрузку.

3. Закоротите тонким проводом шину +12В на корпус, напряжение должно пропасть, чтобы оно восстановилось - выключите БП на пару минут (нужно чтобы ёмкости разрядились) и включите снова. Напряжение появилось? Хорошо! Как видим, защита работает. Что, не сработала?! Тогда выкидываем этот БП, нам он не подходит и берем другой...хи.

Итак, первый этап можно считать завершённым. Вставьте плату в корпус, выведите клеммы для подключения радиостанции. Блоком питания можно пользоваться! Подключите трансивер, но давать нагрузку более 12А пока нельзя! Автомобильная УКВ станция, будет работать на полной мощности (50Вт) , а в КВ трансивере придётся установить 40-60% мощности. Что будет если вы нагрузите БП большим током? Ничего страшного, обычно срабатывает защита и пропадает выходное напряжение. Если защита не сработает, перегреются и лопаются высоковольтные транзисторы. В этом случае напряжение просто пропадет и последствий для аппаратуры не будет. После их замены, БП снова работоспособен!

1. Переворачиваем вентилятор наоборот, дуть он должен внутрь корпуса. Под два винта вентилятора, подкладываем шайбы чтобы его немного развернуть, а то дует только на высоковольтные транзисторы, это неправильно, нужно чтобы поток воздуха был направлен и на диодные сборки и на ферритовое кольцо.

Перед этим, вентилятор желательно смазать. Если он сильно шумит поставьте последовательно с ним резистор 60 - 150ом 2Вт. или сделайте регулятор вращения в зависимости от нагрева радиаторов, но об этом чуть ниже.

2. Выведите две клеммы из БП для подключения трансивера. От шины 12В до клеммы проведите 5 проводов из того пучка который вы отпаяли вначале. Между клеммами поставьте неполярный конденсатор на 1мкф и светодиод с резистором. Минусовой провод, также подведите к клемме пятью проводами.

В некоторых БП, параллельно клеммам к которым подключается трансивер, поставьте резистор сопротивлением 300 - 560ом. Это нагрузка, для того чтобы не срабатывала защита. Выходная цепь должна выглядеть примерно так, как показано на схеме.

3. Умощняем шину +12В и избавляемся от лишнего хлама. Вместо диодной сборки или двух диодов (которые часто ставят вместо неё) , ставим сборку 40CPQ060, 30CPQ045 или 30CTQ060, любые другие варианты ухудшат КПД. Рядом, на этом радиаторе, стоит сборка 5В, выпаиваем её и выбрасываем.

Под нагрузкой, наиболее сильно нагреваются следующие детали: два радиатора, импульсный трансформатор, дроссель на ферритовом кольце, дроссель на ферритовом стержне. Теперь наша задача, уменьшить теплоотдачу и увеличить максимальный ток нагрузки. Как я говорил ранее, он может доходить до 16А (для БП мощностью 200Вт) .

4. Выпаяйте дроссель на ферритовом стержне из шины +5В и поставьте его на шину +12В, стоящий там ранее дроссель (он более высокий и намотан тонким проводом) выпаяйте и выбросите. Теперь дроссель греться практически не будет или будет, но не так сильно. На некоторых платах дросселей просто нет, можно обойтись и без него, но желательно чтобы он был для лучшей фильтрации возможных помех.

5. На большом ферритовом кольце намотан дроссель для фильтрации импульсных помех. Шина +12В на нем намотана более тонким проводом, а шина +5В самым толстым. Выпаяйте аккуратно это кольцо и поменяйте местами обмотки для шин +12В и +5В (или включите все обмотки параллельно) . Теперь шина +12В проходит через этот дроссель, самым толстым проводом. В результате, этот дроссель будет нагреваться значительно меньше.

6. В БП установлены два радиатора, один для мощных высоковольтных транзисторов, другой, для диодных сборок на +5 и +12В. Мне попадались несколько разновидностей радиаторов. Если, в вашем БП, размеры обоих радиаторов 55x53x2мм и в верхней части у них есть ребра (как на фотографии) - вы можете рассчитывать на 15А. Когда радиаторы имеют меньший размер - не рекомендуется нагружать БП током более 10А. Когда радиаторы более толстые и имеют в верхней части дополнительную площадку - вам повезло, это наилучший вариант, можно получить 20А в течении минуты. Если радиаторы маленькие, для улучшения теплоотдачи, можно закрепить на них небольшую пластину из дюраля или половинку от радиатора старого процессора. Обратите внимание, хорошо ли прикручены высоковольтные транзисторы к радиатору, иногда они болтаются.

7. Выпаиваем электролитические конденсаторы на шине +12В, на их место ставим 4700x25В. Конденсаторы на шине +5В желательно выпаять, просто для того, чтобы места свободного больше стало и воздух от вентилятора лучше детали обдувал.

8. На плате вы видите два высоковольтных электролита, обычно это 220x200В. Замените их на два 680x350В, в крайнем случае, соедините параллельно два по 220+220=440мКф. Это важно и дело тут не только в фильтрации, импульсные помехи будут ослаблены и возрастёт устойчивость к максимальным нагрузкам. Результат можно посмотреть осциллографом. Во общем, надо делать обязательно!

9. Желательно чтобы вентилятор менял скорость в зависимости от нагрева БП и не крутился когда нет нагрузки. Это продлит жизнь вентилятору и уменьшит шума. Предлагаю две простые и надежные схемы. Если у вас есть терморезистор, смотрите на схему посередине, подстроечным резистором устанавливаем температуру срабатывания терморезистора примерно +40С. Транзистор, нужно ставить именно KT503 с максимальным усилением по току (это важно), другие типы транзисторов работают хуже. Терморезистор любой типа NTC, это означает, что при нагреве его сопротивление должно уменьшаться. Можно использовать терморезистор с другим номиналом. Подстроечный резистор должен быть многооборотным, так легче и точнее настроить температуру срабатывания вентилятора. Плату со схемой прикручиваем к свободному ушку вентилятора. Терморезистор крепим к дросселю на ферритовом кольце, он нагревается быстрее и сильнее остальных деталей. Можно приклеить терморезистор к диодной сборке на 12В. Важно, чтобы ни один из выводов терморезистора не коротил на радиатор!!! В некоторых БП, стоят вентиляторы с большим током потребления, в этом случае после КТ503 нужно поставить КТ815.

Если терморезистора у вас нет, сделайте вторую схему, смотрите справа, в ней в качестве термоэлемента используются два диода Д9. Прозрачными колбами приклейте их к радиатору на котором установлена диодная сборка. В зависимости от применяемых транзисторов, иногда нужно подобрать резистор 75 ком. Когда БП работает без нагрузки, вентилятор не должен крутиться. Все просто и надежно!

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

От компьютерного блока питания мощностью 200W, реально получить 10 - 12А (если в БП будут стоять большие трансформаторы и радиаторы) при постоянной нагрузке и 16 - 18А кратковременно при выходном напряжении 14.0В. Это значит, что вы можете спокойно работать в режимах SSB и CW на полной мощности (100Вт) трансивера. В режимах SSTV, RTTY, MT63, MFSK и PSK, придётся уменьшить мощность передатчика до 30-70Вт., в зависимости от продолжительности работы на передачу.

Вес переделанного БП, примерно 550гр. Его удобно брать с собой в радиоэкспедиции и различные выезды.

При написании этой статьи и во время экспериментов, было испорчено три БП (как известно, опыт приходит не сразу) и удачно переделано пять БП.

Большой плюс компьютерного БП, в том, что он стабильно работает при изменении сетевого напряжения от 180 до 250В. Некоторые экземпляры работают и при большем разбросе напряжений.

Смотрите фотографии удачно переделанных импульсных блоков питания:

Игорь Лаврушов
г.Кисловодск

Со скуки решил сделать старый «фокус» из вышедшего на покой компьютерного блока питания ATX 450W, сделать автономный блок питания (БП), например для радиостанции. Блок питания запускался, 12 В. выдавал, значит с ним все не так страшно. Осталось убрать лишнее, добавить необходимое и продлить ему жизнь.

Хотел по подробней заснять весь процесс, но был один, делать и фоткать не получалось.

Характеристики БП вполне приличные, что бы за питать достаточного мощного 12 вольтового потребителя, например радиостанцию.

Вскрываем блок питания и смотрим какие у него проблемы и что там у нас лишнее.

После очистки выяснилось, что высохла емкость на выход 5В., это напряжение нам вообще не нужно, его проще удалить.

Убираем заодно и все провода, со всем разъемами, так много их теперь не нужно.

Черные провода это у нас МИНУС, Желтые + 12 В.. Ну а остальное не важно, пожалуй кроме Зеленого провода, он нам пригодится. Выпаиваем всё лишние, тут кстати очень пригодится паяльник на 150 Ватт. 🙂

Зеленый провод запускает БП из режима «Standby», его в последствии надо замкнуть на минус, туда к черным проводам. Иначе блок питания не запустится.

Ну вот плата от лишнего расчищена, Зеленый провод на месте, из толстых проводов готовим хвостики под клемники, для плюса и минуса.

Проводов нужного сечения в жгуте блока питания не было, хорошо подошли провода для аккумулятора из сгоревшего UPS.

Вот нашел клемники и заодно готовлю светодиод индикации работы БП, это всегда пригодится.

Распаиваем выходные провода и светодиод, делаем предварительный запуск, мало ли что могло случится пока ковырялся на плате.

Осталось разметить отверстия, все просверлить и собрать, навести красоту.

Свободные места в корпусе нашлись, сверло на 8 мм. и все практически готово.

Собираем протягивает, заливаем термоклеем, то что может отвинтится, укладываем провода, впереди поверка и небольшие испытания.

Холостой ход в норме, все стабильно, напряжение 12,3 В.. Можно конечно покопаться и добавить регулировку напряжения в небольшом диапазоне до 14 В.. Но все и так в пределах допустимого, а время уже к концу рабочего дня.

Подключена Моторола GM 340, стоит на передаче, ток 5 А. Для экономного варианта, из БУ, совсем без денег, получился не плохой блок питания. Который еще послужит на пользу человечеству, а не будет просто валяться или разобран за запчасти.

С таким же успехом, можно сделать выводы на напряжения 5В. и 3,3В.

В этой статье расскажу как из старого компьютерного блока питания сделать очень полезный для любого радиолюбителя лабораторный блок питания.
Компьютерный блок питания можно очень дешево купить на местной барахолке или выпросить у друга или знакомого, сделавшего апгрейд своего ПК. Прежде прежде чем начать работу над БП, следует помнить, что высокое напряжения опасно для жизни и нужно соблюдать правила техники безопасности и проявлять повышенную осторожность.
Сделанный нами источник питания будет иметь два выхода с фиксированным напряжением 5В и 12В и один выход с регулируемым напряжением 1,24 до 10,27В. Выходной ток зависит от мощности используемого компьютерного блока питания и в моем случае составляют около 20А для выхода 5В, 9А для выхода 12В и около 1.5А для регулируемого выхода.

Нам понадобятся:

Общие характеристики блока питания ATX:

Мощность блока питания

Напряжение - Ток

3.3В - 15A

5В - 26A

12В - 9А

5 В - 0,5 А

5 Vsb - 1 A

Питающие напряжения

Модернизация блока питания

1. Разборка и чистка

2. Подготавливаем провода

3. Изготовление передней панели.

4. Размещение стоек

5. Регулировка и стабилизация напряжения

Vout = 1.25(1+R2/R1)

6. Сборка регулятора

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.

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.

⇡ Общая схема блока питания стандарта ATX

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:

1. фильтр ЭМП - электромагнитных помех (RFI filter);
2. первичная цепь - входной выпрямитель (rectifier), ключевые транзисторы (switcher), создающие переменный ток высокой частоты на первичной обмотке трансформатора;
3. основной трансформатор;
4. вторичная цепь - выпрямители тока со вторичной обмотки трансформатора (rectifiers), сглаживающие фильтры на выходе (filtering).

⇡ Фильтр ЭМП

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.

⇡ Входной выпрямитель

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.

⇡ Блок активного PFC

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.

⇡ Основной преобразователь

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.

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.

⇡ Вторичная цепь

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.

⇡ Дежурное питание +5VSB

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).

⇡ Методика тестирования блоков питания

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:

• зеленый: ≤ 1%;
• салатовый: ≤ 2%;
• желтый: ≤ 3%;
• оранжевый: ≤ 4%;
• красный: ≤ 5%.
• белый: > 5% (не допускается стандартом ATX).

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.