Содержание
- 1 ⇡#Общая схема блока питания стандарта ATX
- 2 Импульсный блок питания
- 3 КАК РАБОТАЕТ ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ
- 4 Аналоговый источник питания
- 5 ⇡#Вторичная цепь
- 6 Задать вопрос автору статьи, оставить комментарий
- 7 Тестирование снятого регулятора (со схемой)
- 8 Делаем двухполярное питание
- 9 Как сайлентблоки влияют на управление автомобилем?
- 10 Виды БП для компьютера
- 11 Чем отличается от трансформаторного блока питания
⇡#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.
Блок-схема импульсного БП
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 ЭМП – электромагнитных помех (RFI filter);
- первичная цепь – входной выпрямитель (rectifier), ключевые транзисторы (switcher), создающие переменный ток высокой частоты на первичной обмотке трансформатора;
- основной трансформатор;
- вторичная цепь – выпрямители тока со вторичной обмотки трансформатора (rectifiers), сглаживающие фильтры на выходе (filtering).
Внутреннее устройство БП (AeroCool KCAS-650M)
Полная схема простого блока питания стандарта ATX
Импульсный блок питания
Импульсный блок питания строится намного сложнее, но зато обладает также своими плюсами. Это меньшие массо-габаритные свойства, по сравнению с трансформаторным блоком питания. Но здесь также есть и свои минусы. Это большее количество радиоэлементов, по сравнению с трансформаторным блоком питания, а также могут быть шумы на выходе. Поэтому, качественные акустические системы и усилители питаются на трансформаторном блоке питания. Да, там есть некоторые пульсации, но их намного проще отфильтровать, чем высокочастотные шумы импульсного блока питания.
Хотя в импульсном блоке питания и имеются трансформаторы, но они здесь рассчитаны на высокую частоту, что делает их небольшими и недорогими.
КАК РАБОТАЕТ ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ
Принцип работы импульсного блока питания заключается в ряде последовательных преобразований питающего напряжения:
- выпрямление входного напряжения;
- инвертирование, то есть, генерация сигнала с частотой от десятков до сотен килогерц;
- трансформация высокочастотных импульсов до требуемого уровня;
- выпрямление и фильтрация полученного напряжения.
Цепочка преобразований в описании принципа работы импульсного блока питания выглядит достаточно громоздкой и даже лишённой смысла. Однако нужно учесть что в данной схеме преобразуется напряжение, частота которого в отдельных моделях составляет 200 кГц (а не 50 Гц, как в трансформаторных источниках питания).
Трансформаторы, которые работают на высоких частотах, называют импульсными. Обычно они используют магнитопровод тороидальной формы (в виде бублика) небольшого размера. Это позволило уменьшить вес и габариты блока той же мощности более чем на порядок.
Тор обычно изготавливается штамповкой из пермаллоя — сплава, состоящего из железа и никеля, магнитопровод же низкочастотного трансформатора набирается из тонких пластин электротехнической стали.
Принцип инверторного преобразования дает возможность создать сверхминиатюрные аппараты электродуговой сварки, работа которых возможна от обычной бытовой розетки, способные сваривать металл до 10 мм толщиной, легко переносимые в небольшой сумке с плечевым ремнём.
Базовые принципы, на которых основано устройство импульсного блока питания не новы, всё находится в рамках давно устоявшихся представлений об электричестве. Что же мешало создать их раньше? Причина в технологии.
Главными электронными компонентами инверторного преобразователя импульсного блока являются элементы схемы, способные работать с высокими частотой и напряжением и большими токовыми нагрузками.
Раньше, компонентов, отвечающих этим требованиям, просто не существовало. Настоящий прорыв в развитии и распространении инверторных технологий произошёл после того, как мировым производителям электроники удалось наладить массовое производство мощных IGBT – транзисторов, а также полевых транзисторов по технологии MOSFET.
Они отличаются очень малым значением тока управления, что обеспечивает высокий КПД блока.
Кроме мощных транзисторных ключей, инвертор содержит времязадающие цепочки, генерирующие высокочастотные сигналы управления транзисторами.
Применение в этом качестве цифровых микросхем ШИМ – контроллеров позволяет ещё более миниатюризировать электронную часть. Контроллер широтно импульсного модулирования формирует прямоугольные периодические импульсы. В целом схемотехнически импульсные блоки питания относительно просты.
Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счёт обратной связи этого параметра с задающими цепями ШИМ – контроллера
Принцип работы обратной связи — при отклонении уровня контролируемого параметра на выходе от номинального значения происходит изменение скважности импульсов, формируемых контроллером.. Скважностью импульсов называется безразмерная величина, равная отношению периода чередования этих импульсов к их длительности
Таким образом, скважность изменяется от 0 до 1.
Скважностью импульсов называется безразмерная величина, равная отношению периода чередования этих импульсов к их длительности. Таким образом, скважность изменяется от 0 до 1.. Увеличение уровня выходного напряжения вызывает снижение скважности и наоборот, то есть, имеет место отрицательная обратная связь
Скважность, задаваемая контроллером, определяет режим работы ключевых транзисторов. Чем выше значение скважности, тем большую часть периода транзистор открыт, и тем больше среднее значение напряжение за период.
Увеличение уровня выходного напряжения вызывает снижение скважности и наоборот, то есть, имеет место отрицательная обратная связь. Скважность, задаваемая контроллером, определяет режим работы ключевых транзисторов
Чем выше значение скважности, тем большую часть периода транзистор открыт, и тем больше среднее значение напряжение за период.
Описанный принцип стабилизации обеспечивает работу блока питания в очень широком диапазоне изменения питающего напряжения. Резюмируя сказанное, преимущества импульсных блоков питания таковы:
- малые габариты и вес по сравнению с трансформаторными источниками питания;
- схемотехническая простота, обусловленная применением интегральных электронных компонентов;
- возможность работы в широком диапазоне изменения значений входного напряжения.
Аналоговый источник питания
Такие источники напряжения характеризуются надёжностью в работе и простотой изготовления. Недостатками являются размеры и вес, а также высокое ценообразование.
Ключевыми элементами линейного источника напряжений являются:
- сетевой фильтр;
- трансформатор.
Для получения постоянного напряжения после трансформатора добавляется диодный мост и электролитический конденсатор.
Трансформаторы применяются различного исполнения, единственно их первичная обмотка должна быть рассчитана на подключение к сети 220 вольт. По виду они бывают понижающими и повышающими. Сам трансформатор представляет собой электротехническое изделие, состоящее из двух частей. Сердечника, собранного из стали или феррита, и обмоток, выполненных в виде витков из проводникового материала. Для получения на выходе меньшего уровня сигнала, чем на входе, количество витков во вторичной обмотке делается меньше. Таким образом, изменяя это соотношение можно получить любое напряжение.
Сетевой фильтр предотвращает попадание помех в сеть от работающего оборудования и наоборот. Обычно представляет собой ёмкостно-индуктивную цепочку.
Принцип работы БП
Схема трансформаторного блока питания работает следующим образом. Напряжение сети проходит через фильтр, а с него попадает на первичную обмотку трансформатора. При прохождении по ней переменного тока, образовывается переменное магнитное поле. Этот поле пронизывает сердечник и все обмотки, в которых появляется ЭДС. Если к вторичной обмотке подсоединена нагрузка, то под действием ЭДС через неё начинает протекать переменный ток.
Для получения напряжения постоянной величины, сигнал со вторичной обмотки трансформатора передаётся на выпрямительный узел. Это устройство собранно на четырёх диодах, включённых по мостовой схеме, и электролитического конденсатора. С электролита и снимается постоянное напряжение, предназначенное для питания приборов.
⇡#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.
Стабилизирующие дроссели и выходной фильтр (Antec VP700P)
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.
Преобразователь DC-DC для шины 5 В (CoolerMaster G650M)
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.
Задать вопрос автору статьи, оставить комментарий
Тестирование снятого регулятора (со схемой)
Электронное реле чаще всего крепится на поверхности генератора рядом с валом генератора, по которому двигаются щетки, в районе контактных колец якоря генератора. Весь совмещенный узел закрыт пластиковой крышкой. Снимается она отверткой форма, которой может быть либо крестовидной, либо шестигранник.
Этапы проведения работ:
- Откручиваем два болта крепления и снимаем крышку.
- Достаем щеточный узел.
- Чистим его от графитовой пыли.
- Собираем схему с использованием блока питания, зарядкой или вольтметром. Находим простую лампу на 12В от машины, можно с «габаритов» и провода, чтобы соединить всю схему в одно целое. Используем АКБ, если зарядное без него не работает. Уже от него провод присоединяем к регулятору, а к щеткам подключаем лампу при помощи «,крокодильчиков»,. Когда все подключено правильно лампа начнет светиться, потому что щеточный узел служит проводником электричества от вала.
- Поднимаем напряжение на зарядке до 14,5В свет должен потухнуть, так как такое напряжение, как «отсечка» дальнейшего повышения напряжения. Снизив напряжение на зарядном устройстве, лампа должна вновь загореться. Если напряжение поднялось до 15–16В, а лампа горит, значит, реле негодно.
Схема проверки реле-регулятора
По тому же принципу можно проверить отдельный тип регулятора нового образца. Для этого необходимо отсоединить его от кузова или крышки генератора и прикрепить к схеме. Проверку осуществлять таким же образом. Что касается старого типа реле-регулятора, установленного на копейках, то проверять его нужно немного по-другому. Их маркировка – «67» и «15». Первый контакт «67» — является минусом, а «15» — плюсом. В остальном принцип тот же.
Интересное по теме:
Делаем двухполярное питание
Отличительной особенностью двухполярного самодельного блока питания является наличие у него на выходе отрицательного полюса, общего и положительного.
Чтобы собрать такой прибор вам понадобятся:
- трансформатор;
- вторичная обмотка, обладающая средним выводом.
Сборка происходит следующим образом:
снимите вторичную обмотку. Только перед этим необходимо провести замер напряжения, имеющийся на обмотке;
подсчитайте количество витков
Число витков важно знать для того, чтобы рассчитать их точное количество, нужное для продуцирования 1-го вольта;
затем разделите на напряжение;
для двухполярного блока питания, имеющего напряжение 12 Вольт, нужно намотать две однотипных обмотки. Для этого начало одной обмотки следует подсоединить с концом второй
Эту среднюю точку необходимо подключить к общему проводу;
после этого два вывода трансформатора нужно соединить с диодной сборкой.
Обратите внимание! Отличие данного изделия от однополярного источника заключается в том, что нужно использовать 2-а электролитических конденсатора, которые соединяются последовательно, а срединная точка включается с корпусом механизма. При этом регулировка напряжения возможна при использовании схемы сборки из одного или двух транзисторов полупроводникового типа
Для этого можно применять стрелочный индикатор, который имеет приемлемый диапазон измерений.
Некоторые радиолюбители в этой ситуации используют модифицированный мультиметр, который своими руками адаптируют под имеющиеся потребности. Его просто следует подключить с помощью пайки в нужное место выключателя.
В результате получившийся блок питания регулирующего типа можно подключать к самым разнообразным электрическим приборам
При этом регулировка напряжения возможна при использовании схемы сборки из одного или двух транзисторов полупроводникового типа. Для этого можно применять стрелочный индикатор, который имеет приемлемый диапазон измерений.
Некоторые радиолюбители в этой ситуации используют модифицированный мультиметр, который своими руками адаптируют под имеющиеся потребности. Его просто следует подключить с помощью пайки в нужное место выключателя.
В результате получившийся блок питания регулирующего типа можно подключать к самым разнообразным электрическим приборам.
Как сайлентблоки влияют на управление автомобилем?
Сайлентблоки – важнейшая часть любого автомобиля. Данные детали представляют собой уплотнённую втулку, которая соединяет детали амортизации. А амортизация – это одна из самых главных составляющих любого автомобиля. Поэтому, исправность сайлентблоков крайне важна.
Как же они влияют на управление?
- Если сайлентблок сделан некачественно, то велик шанс обычной поломки, при которой он перестает выполнять свои функции. В данном случае, водитель может услышать звуки удара колес и дна автомобиля о кочки и другие неровности. Управлять автомобилем станет очень сложно.
- Некачественные сайлентблоки, но уже исправные. Обычно, данные детали делают с применением резины. А с использованием, из-за нефтепродуктов и химических средств, резина может слегка раствориться. Это также может привести к неисправностям амортизации.
Автомобиль станет сложнее держать на неровной дороге, что может привести к авариям.
Также, при проблеме и износе сайлентблоков, автомобиль на больших скоростях может терять управление, поэтому, очень важно следить за исправностью этих деталей.
Виды БП для компьютера
Сегодня существует два основных типа БП для настольных компьютеров:
- AT;
- ATX.
БП формата AT, или так называемый старый, выпускался в трёх форм-факторах для работы с материнскими платами формата AT.
- AT — для корпуса «башня».
- Baby AT — для корпуса «мини-башня».
- LPX — для плоского корпуса.
Формат AT снят с выпуска в 2001 году, но вполне успешно работает в стареньких ПК до сих пор.
Блок питания формата AT
БП ATX пришёл на смену AT в 2001 году с появлением материнских плат одноимённого формата. Имеет много модификаций, которые различаются в основном наличием или отсутствием дополнительных силовых разъёмов для питания материнской платы и периферии.
ATX2 появился ещё позже и отличается от ATX разъёмом питания материнской платы. Вилка на нём несколько больше и имеет 24 контакта вместо 20 для ATX.
Основные отличия «старых» БП от «новых»:
- Типы и количество разъёмов.
- Шины управления
Типы разъёмов
Это касается разъёмов питания материнской платы. В «старом» AT для этих целей использовались два 6-контактных разъёма, которые подключались к одному 12-контактному разъёму на материнской плате.
Блок питания ATX оснащён более мощным 20-контактным разъёмом для подачи тока на материнскую плату.
У ATX2 есть вилка для подключения материнской платы на 24 контакта.
Разъёмная 24-контактная вилка БП ATX2
Кроме того, БП типа ATX часто содержат дополнительные колодки для служебных сигналов и питания мощных потребителей, расположенных на материнской плате – например, процессора и видеокарты.
На фото цифрами обозначены:
- «PCIe8 connector» для питания видеокарты.
- «PCIe6 connector» для питания видеокарты.
- «EPS12V» для запитки процессора.
- «ATX PS 12V» для запитки процессора.
Изменения произошли и в колодках питания периферии. В блоке ATX появился разъём для питания SATA устройств, а в последних версиях исчезла вилка питания НГМД (флоппи-дисков).
На фото цифрами обозначены:
- AMP 171822-4 — мини для питания слаботочной периферии (обычно НГМД).
- Molex 8981 — для питания относительно мощной периферии (накопитель на жёстких магнитных дисках и CD-привод с IDE-интерфейсом).
- Molex 88751 — для питания устройства с интерфейсом SATA.
Шины управления
Сразу оговоримся, в блоках питания AT таких шин всего одна — PG (Power good). Сигнал на ней становится высоким после того, как на всех шинах питания устанавливаются напряжения требуемого уровня. То есть этот сигнал появляется с некоторой задержкой после включения БП, не давая процессору работать, пока не пройдут переходные процессы в источнике питания.
Исчезает сигнал PG практически мгновенно при сбое питания по любой из шин, причём он реагирует раньше, чем успеют разрядиться накопительные конденсаторы неисправной линии. Это даёт небольшое время процессору для принятия тех или иных экстренных мер для уменьшения вероятности потери данных.
БП ATX стали более «умными» — обзавелись дополнительными шинами управления:
Power on. В модификациях с этой шиной блок питания включается подачей сигнала низкого уровня на вход «Power on». То есть включение и выключение ПК можно доверить материнской плате. Благодаря этому входу после команды «Завершить работу» ПК выключается сам. В AT-моделях ПК после такой команды просто выводил сообщение: «Теперь питание ПК можно выключить».
+3,3 V sense. Вход контроля напряжения и компенсации потерь по шине 3,3 В. При помощи этой шины материнская плата корректирует напряжение (+3,3 В) и при необходимости даёт команду БП на увеличение его или уменьшение.
FanC. При помощи этой шины материнская плата может управлять скоростью вращения вентилятора охлаждения блока питания вплоть до его полного выключения в ждущем или спящем режиме. Шина появилась лишь в поздних моделях блоков ATX/NLX.
FanM. Сигнал контроля вентилятора (fan monitor) позволяет материнской плате следить за текущей скоростью вентилятора блока питания. В частности, с его помощью можно оповестить пользователя о выходе из строя основного охлаждающего вентилятора в блоке питания. Шина появилась лишь в поздних модификациях блоков ATX/NLX.
Чем отличается от трансформаторного блока питания
Блок-схемы трансформаторного и импульсного блоков питания
Как работает трансформаторный блок питания
В линейном блоке питания основное преобразование происходит при помощи трансформатора. Его первичная обмотка рассчитана под сетевое напряжение, вторичная обычно понижающая. В случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П. Яблочковым, он преобразует синусоиду входного напряжения в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки.
Следующий блок — выпрямитель, на котором синусоида сглаживается, превращается в пульсирующее напряжение. Этот блок выполнен на основе выпрямительных диодов. Диод может стоять один, может быть установлен диодный мост (мостовая схема). Разница между ними — в частоте импульсов, которые получаем на выходе. Дальше стоит стабилизатор и фильтр, придающие выходному напряжению нужный уровень и форму. На выходе имеем постоянное напряжение.
Самый простой линейный блок питания с двухполупериодным выпрямителем без стабилизации
Основной недостаток линейных источников питания — большие габариты. Они зависят от размеров трансформатора — чем выше требуется мощность, тем больше размеры блока питания. Нужен еще стабилизатор, который корректирует выходное напряжение, а это еще увеличивает габариты, снижает КПД. Зато это устройство не грозит помехами работающему рядом оборудованию.
Устройство импульсного блока питания и его принцип работы
В импульсном блоке питания преобразование сложнее. На входе стоит сетевой фильтр, задача которого не допустить в сеть высокочастотные колебания, вырабатываемые этим устройством. Они могут повлиять на работу рядом расположенных приборов. Сетевой фильтр в дешевых моделях стоит не всегда, и в этом зачастую кроется проблема с нестабильной работой каких-то устройств, которые мы часто списываем на «падение напряжения в сети».
Далее стоит сглаживающий фильтр, который выпрямляет синусоиду. Полученное на его выходе пилообразное напряжение подается на инвертор, преобразуется в импульсы, имеющие положительную и отрицательную полярность
Их параметры (частота и скважность) задаются при помощи блока управления. Частота обычно выбирается высокой — от 10 кГц до 50 кГц
Именно наличие этой ступени преобразования — генерации импульсов — и дало название этому типу преобразователей.
Блок-схема ИИП с формами напряжения в ключевых точках
Высокочастотные импульсы поступают на трансформатор, который является гальванической развязкой от сети. Трансформаторы эти небольшие, так как с возрастанием частоты сердечники нужны все меньше. Причем сердечник может быть набран из ферромагнитных пластин (в линейных БП должен быть из более дорогой электромагнитной стали).
На выходном выпрямителе биполярные импульсы превращаются в положительные, а выходной фильтр на их основе формирует постоянное напряжение. Основное достоинство ИБП в том, что существует обратная связь, которая позволяет регулировать работу устройства таким образом, чтобы напряжение на выходе было близко к идеалу. Это дает возможность получать стабильные параметры на выходе, независимо от того, что имеем на входе.
Достоинства и недостатки импульсных блоков питания
Для новичков не сразу становится понятным, почему лучше использовать импульсные выпрямители, а не линейные. Дело не только в габаритах и материалоемкости. Дело в более стабильных параметрах, которые выдают импульсные устройства. Качество напряжения на выходе не зависит от качества сетевого напряжения. Для наших сетей это актуально. Но не только это. Такое свойство позволяет использовать импульсный блок питания в сети разных стран. Ведь параметры сетевого напряжения в России, Англии и в некоторых странах Европы отличаются. Не кардинально, но отличается напряжение, частота. А зарядки работают в любой из них — практично и удобно.
Размер тоже имеет значение
Кроме того импульсники имеют высокий КПД — до 98%, что не может не радовать. Потери минимальны, в то время как в трансформаторных много энергии уходит на непродуктивный нагрев. Также ИБП меньше стоят, но при этом надежны. При небольших размерах позволяют получить широкий диапазон мощностей.
Но импульсный блок питания имеет серьезные недостатки. Первый — они создают высокочастотные помехи. Это заставляет ставить на входе сетевые фильтры. И даже они не всегда справляются с задачей. Именно поэтому некоторые устройства, особо требовательные к качеству электропитания, работают только от линейных БП. Второй недостаток — импульсный блок питания имеет ограничение по минимальной нагрузке. Если подключенное устройство обладает мощностью ниже этого предела, схема просто не будет работать.