Анатомия. Из чего состоит блок питания?
Он есть в каждом компьютере, ноутбуке и приставке. Он не влияет на вашу частоту кадров и майнинг биткоинов. У него нет миллиардов транзисторов, и в его производстве не используются новейшие полупроводниковые техпроцессы. Звучит скучно? Ничуть! Без этой штуки наши компьютеры абсолютно ничего бы не сделали.
БП, они же блоки питания (англ. PSU, Power Supply Units), не взрывают заголовки журналов как новейшие процессоры, но это интереснейшие технологии, заслуживающие нашего внимания. Так что надевайте белые халаты, маски, перчатки и приступим к вскрытию нашего скромного парнишки – блока питания, разберём его на части и рассмотрим, чем занимается каждый его орган.
И да, совсем недавно мы разбирались как правильно выбрать Блок питания. Рекомендуем к прочтению.
Цветовая маркировка
В обычных БП ПК используется 9 цветов, обозначающих роль проводов:
- Черный — общий провод, он же заземление или GND
- Белый — напряжение -5V
- Синий — напряжение -12V
- Желтый — подает +12V
- Красный — подает +5V
- Оранжевый — подает +3.3V
- Зеленый — отвечает за включение (PS-ON)
- Серый — POWER-OK (POWERGOOD)
- Фиолетовый — дежурное питание 5VSB
Для чего может понадобиться напряжение с блока питания компьютера
Вы спросите, а зачем вообще это нужно? Расскажу на своем опыте. Мне в руки попался монитор, работающий от 12 Вольт, однако кабеля подключения к электросети у меня не было. Имеющиеся блочки от других устройств не подходили по силе тока или по напряжению. Монитор нужно было проверить в течение дня, а отправиться на поиски нужного зарядного, не было ни времени, ни желания. Взяв 12 Вольт с желтого провода на молексе БК питания компьютера, мне удалось включить монитор. Оказалось, что это вполне удобно. Не нужно искать лишнюю розетку, а сам экран запускается вместе с системным блоком. Спустя год у меня все так и работает.
Существует еще целый ряд возможностей, которые дает напряжение с блока питания компьютера.
- Многие мастера из БП ПК делают блок питания для шуруповерта и других электроинструментов.
- Существует возможность переделать блок питания ПК под автомобильное зарядное для аккумуляторов.
- Вы всегда можете зарядить любое устройство, выбрав нужное напряжение. Согласитесь, ведь часто бывает так, что оригинальные блоки выходят из строя в самый неподходящий момент.
- Можно запитать диодную ленту или любой другой осветительный прибор, требующий небольшое напряжение.
Как устроен компьютерный блок питания и как его запустить без компьютера
Во всех современных компьютерах используются блоки питания стандарта ATX. Ранее использовались блоки питания стандарта AT, в них не было возможности удаленного запуска компьютера и некоторых схемотехнических решений. Введение нового стандарта было связано и с выпуском новых материнских плат. Компьютерная техника стремительно развивалась и развивается, поэтому возникла необходимость улучшения и расширения материнских плат. С 2001 года и был введен этот стандарт.
Содержание статьи
Давайте рассмотрим, как устроен компьютерный блок питания ATX.
Расположение элементов на плате
Для начала взгляните на картинку, на ней подписаны все узлы блока питания, далее мы кратко рассмотрим их предназначение.
Чтобы вы поняли, о чем пойдет речь дальше, ознакомьтесь со структурной схемой боока питания.
А вот схема электрическая принципиальная, разбитая на блоки.
На входе блока питания стоит фильтр электромагнитных помех из дросселя и ёмкости (1 блок). В дешевых блоках питания его может не быть. Фильтр нужен для подавления помех в электропитающей сети возникших в результате работы импульсного источника питания.
Все импульсные блоки питания могут ухудшать параметры электропитающей сети, в ней появляются нежелательные помехи и гармоники, которые мешают работе радиопередающих устройств и прочего. Поэтому наличие входного фильтра крайне желательно, но товарищи из Китая так не считают, поэтому экономят на всём. Ниже вы видите блок питания без входного дросселя.
Дальше сетевое напряжение поступает на выпрямительный диодный мост, через предохранитель и терморезистор (NTC), последний нужен для зарядки фильтрующих конденсаторов. После диодного моста установлен еще один фильтр, обычно это пара больших электролитических конденсаторов, будьте внимательны, на их выводах присутствует большое напряжение. Даже если блок питания выключен из сети следует предварительно их разрядить резистором или лампой накаливания, прежде чем трогать руками плату.
После сглаживающего фильтра напряжение поступает на схему импульсного блока питания она сложная на первый взгляд, но в ней нет ничего лишнего. В первую очередь запитывается источник дежурного напряжения (2 блок), он может быть выполнен по автогенераторной схеме, а может быть и на ШИМ-контроллере. Обычно – схема импульсного преобразователя на одном транзисторе (однотактный преобразователь), на выходе, после трансформатора, устанавливают линейный преобразователь напряжения (КРЕНку).
Типовая схема с ШИМ-контроллером выглядит примерно так:
Вот увеличенная версия схемы каскада из приведенного примера. Транзистор стоит в автогенераторной схеме, частота работы которой зависит от трансформатора и конденсаторов в его обвязке, выходное напряжение от номинала стабилитрона (в нашем случае 9В) который играет роль обратной связи или порогового элемента который шунтирует базу транзистора при достижении определенного напряжения. Оно дополнительно стабилизируется до уровня 5В, линейным интегральным стабилизатором последовательного типа L7805.
Дежурное напряжение нужно не только для формирования сигнала включения (PS_ON), но и для питания ШИМ-контроллера (блок 3). Компьютерные блоки пиатния ATX чаще всего построены на TL494 микросхеме или её аналогах. Этот блок отвечает за управление силовыми транзисторами (4 блок), стабилизацию напряжения (с помощью обратной связи), защиту от КЗ. Вообще 494 – это культовая микросхема используется в импульсной технике очень часто, её можно встретить и в мощных блоках питания для светодиодных лент. Вот её распиновка.
На приведенном примере силовые транзисторы (2SC4242) из 4 блока включаются через «раскачку» выполненную на двух ключах (2SC945) и трансформаторе. Ключи могут быть любыми, как и остальные элементы обвязки – это зависит от конкретной схемы и производителя. Обе пары ключей нагружены на первичные обмотки соответствующих трансформаторов. Раскачка нужна, поскольку для управления биполярными транзисторами нужен приличный ток.
Последний каскад – выходные выпрямители и фильтры, там расположены отводы от обмоток трансформаторов, диодные сборки Шоттки, дроссель групповой фильтрации и сглаживающие конденсаторы. Компьютерный блок питания выдаёт целый ряд напряжений для функционирования узлов материнской платы, питания устройств ввода-вывода, питания HDD и оптических приводов: +3.3В, +5В, +12В, -12В, -5В. От выходной цепи запитан и охлаждающий кулер.
Диодные сборки представляют собой пару диодов соединенных в общей точки (общий катод или общий анод). Это быстродействующие диоды с малым падением напряжения.
Дополнительные функции
Продвинутые модели компьютерных блоков питания могут дополнительно оснащаться платой контроля оборотов кулера, которая подстраивает их под соответствующую температуру, когда вы нагружаете блок питания, кулер крутится быстрее. Такие модели более комфортны в использовании, поскольку создают меньше шума при малых нагрузках.
В дешевых источниках питания кулер подключен напрямую к линии 12В и работает на полную мощность постоянно, это усиливает его износ, в результате чего шум станет еще больше.
Если ваш блок питания имеет хороший запас по мощности, а материнская плата и комплектующие довольно скромные по потреблению – можно перепаять кулер на линию 5В или 7В припаяв его между проводами +12В и +5В. Плюс кулера к желтому проводу, а минус к красному. Это снизит уровень шума, но не стоит так делать, если блок питания нагружен полностью.
Еще более дорогие модели оснащены активным корректором коэффициента мощности, как уже было сказано, он нужен для уменьшения влияния источника питания на питающую сеть. Он формирует нужные напряжения на входных каскадах ИП, при этом сохраняя изначальную форму питающего напряжения. Достаточно сложное устройство и в пределах этой статьи подробнее рассказывать о нем не имеет смысла. Ряд эпюр отображает примерный смысл использования корректора.
Проверка работоспособности
К компьютеру ИП подключается через стандартизированный разъём, он универсален в большинстве блоков, за исключением специализированных источников питания, которые могут использовать ту же клеммную колодку, но с иной распиновкой, давайте рассмотрим стандартный разъём и назначение его выводов. У него 20 выводов, на современных материнских платах подключается дополнительных 4 вывода.
Кроме основного 20-24 контактного разъёма питания из блока выходят провода с колодками для подключения напряжения к жесткому диску, оптическому приводу SATA и MOLEX, дополнительное питание процессора, видеокарты, питание для флоппи-дисковода. Все их распиновки вы видите на картинке ниже.
Конструкция всех разъёмов таков, чтобы вы случайно не вставили его «вверх ногами», это приведет к выходу из строя оборудования. Главное, что стоит запомнить: красный провод – это 5В, Жёлтый – 12В, Оранжевый – 3.3В, Зеленый – PS_ON – 3. 5В, Фиолетовый – 5В, это основные которые приходится проверять до и после ремонта.
Помимо общей мощности блока питания большую роль играет мощность, а вернее ток каждой из линий, обычно они указываются на наклейке на корпусе блока. Эта информация станет очень кстати, если вы собрались запускать свой блок питания ATX без компьютера для питания других устройств.
При проверке блока желательно его отключить от материнской платы, это предотвратит превышение напряжений выше номинальных (если блок всё же не исправен). Но на холостом ходу запускать его не рекомендуют, это может привести к проблемам и поломке. Да и напряжения на холостом ходу могут быть в норме, но под нагрузкой значительно проседать.
В качественных блоках питания установлена защита, которая отключает схему при отклонении от нормальных напряжений, такие экземпляры вообще не включатся без нагрузки. Далее мы подробно рассмотрим, как включать блок питания без компьютера и какую можно повесить нагрузку.
Использование блока питания без компьютера
Если вы вставите вилку в розетку и включите тумблер на задней панели блока, напряжений на выводах не будет, но должно появиться напряжение на зеленом проводе (от 3 до 5В), и фиолетовом (5В). Это значит, что источник дежурного питания в норме, и можно пробовать запускать блок питания.
На самом деле всё достаточно просто, нужно замкнуть зеленый провод на землю (любой из черных проводов). Здесь всё зависит от того как вы будете использовать блок питания, если для проверки, то можно это сделать пинцетом или скрепкой. Если он будет включен постоянно или вы будете выключать его пол линии 220В, то скрепка, вставленная между зеленым и черным проводом рабочее решение.
Другой вариант – это установить кнопку с фиксацией или тумблер между этими же проводами.
Чтобы напряжения блока питания были в норме при его проверке нужно установить нагрузочный блок, можно его сделать из набора резисторов по такой схеме. Но обратите внимание на величину резисторов, по каждому из них будет протекать большой ток, по линии 3.3 вольта порядка 5 Ампер, по линии 5 вольт – 3 Ампера, по линии 12В – 0.8 Ампер, а это от 10 до 15Вт общей мощности по каждой линии.
Резисторы нужно подбирать соответствующие, но не всегда их можно найти в продаже, особенно в небольших городах, где малый выбор радиодеталей. В других вариантах схемы нагрузки, токи еще больше.
Один из вариантов исполнения подобной схемы:
Другой вариант использовать лампы накаливания или галогеновые лампы, на 12В подойдут от автомобиля их можно использовать и на линиях с 3.3 и 5В, стоит только подобрать нужные мощности. Еще лучше найти автомобильные или мотоциклетные 6В лампы накаливания и подключить несколько штук параллельно. Сейчас продаются 12В светодиодные лампы большой мощности. Для 12В линии можно использовать светодиодные ленты.
Если вы планируете использовать компьютерный блок питания, например, для питания светодиодной ленты, будет лучше, если вы немного нагрузите линии 5В и 3.3В.
Заключение
Блоки питания ATX отлично подходят для питания радиолюбительских конструкций и как источник для домашней лаборатории. Они достаточно мощные (от 250, а современные от 350Вт), при этом можно найти на вторичном рынке за копейки, также подойдут и старые модели AT, для их запуска нужно лишь замкнуть два провода, которые раньше шли на кнопку системного блока, сигнала PS_On на них нет.
Если вы собрались ремонтировать или восстанавливать подобную технику, не забывайте о правилах безопасной работы с электричеством, о том, что на плате есть сетевое напряжение и конденсаторы могут оставаться заряженными долгое время.
Включайте неизвестные блоки питания через лампочку, чтобы не повредить проводку и дорожки печатной платы. При наличии базовых знаний электроники их можно переделать в мощное зарядное для автомобильных аккумуляторов или в лабораторный блок питания. Для этого изменяют цепи обратной связи, дорабатывают источник дежурного напряжения и цепи запуска блока.
Проверяем конденсаторы
Начинаю гуглить по моей проблеме на спец сайтах, посвященных ремонту БП ATX. И конечно же, проблема завышенного напряжения дежурки оказывается в банальном увеличении ESR электролитических конденсаторов в цепях дежурки. Ищем эти конденсаторы на схеме и проверяем их.
Вспоминаю о своем собранном приборе ESR метре
Самое время проверить, на что он способен.
Проверяю первый конденсатор в цепи дежурки.
ESR в пределах нормы.
Находим виновника проблемы
Жду, когда на экране мультиметра появится какое-либо значение, но ничего не поменялось.
Понимаю, что виновник, или по крайней мере один из виновников проблемы найден. Перепаиваю конденсатор на точно такой же, по номиналу и рабочему напряжению, взятый с донорской платы блока питания. Здесь хочу остановиться подробнее:
Если вы решили поставить в блок питания ATX электролитический конденсатор не с донора, а новый, из магазина, обязательно покупайте LOW ESR конденсаторы, а не обычные. Обычные конденсаторы плохо работают в высокочастотных цепях, а в блоке питания, как раз именно такие цепи.
Итак, я включаю блок питания и снова замеряю напряжение на дежурке. Наученный горьким опытом уже не тороплюсь ставить новый защитный стабилитрон и замеряю напряжение на дежурке, относительно земли. Напряжение 12 вольт и раздается высокочастотный свист.
Снова сажусь гуглить по проблеме завышенного напряжения на дежурке, и на сайте rom.by, посвященном как ремонту БП ATX и материнских плат так и вообще всего компьютерного железа. Нахожу свою неисправность поиском в типичных неисправностях данного блока питания. Рекомендуют заменить конденсатор емкостью 10 мкФ.
Замеряю ESR на конденсаторе…. Жопа.
Результат, как и в первом случае: прибор зашкаливает. Некоторые говорят, мол зачем собирать какие-то приборы, типа вздувшиеся нерабочие конденсаторы итак видно — они припухшие, или вскрывшиеся розочкой
Да, я согласен с этим. Но это касается только конденсаторов большого номинала. Конденсаторы относительно небольших номиналов не вздуваются. В их верхней части нет насечек по которым они могли бы раскрыться. Поэтому их просто невозможно определить на работоспособность визуально. Остается только менять их на заведомо рабочие.
Итак, перебрав свои платы был найден и второй нужный мне конденсатор на одной из плат доноров. На всякий случай было измерено его ESR. Оно оказалось в норме. После впаивания второго конденсатора в плату, включаю блок питания клавишным выключателем и измеряю дежурное напряжение. То, что и требовалось, 5,02 вольта… Ура!
Измеряю все остальные напряжения на разъеме блока питания. Все соответствуют норме. Отклонения рабочих напряжений менее 5%. Осталось впаять стабилитрон на 6,3 Вольта. Долго думал, почему стабилитрон именно на 6,3 Вольта, когда напряжение дежурки равно +5 Вольт? Логичнее было бы поставить на 5,5 вольт или аналогичный, если бы он стоял для стабилизации напряжения на дежурке. Скорее всего, этот стабилитрон стоит здесь как защитный, для того, чтобы в случае повышения напряжения на дежурке, выше 6,3 Вольт, он сгорел и замкнул накоротко цепь дежурки, отключив тем самым блок питания и сохранив нашу материнскую плату от сгорания при поступлении на нее завышенного напряжения через дежурку.
Вторая функция этого стабилитрона, видать, защита ШИМ контроллера от поступления на него завышенного напряжения. Так как дежурка соединена с питанием микросхемы через достаточно низкоомный резистор, поэтому на 20 ножку питания микросхемы ШИМ поступает почти то же самое напряжение, что и присутствует у нас на дежурке.
Как включить блок питания без компьютера
Перед тем, как включить блок ПК отдельно от материнской платы нужно уточнить, что не все блоки питания запускаются без нагрузки. Простыми словами очень важно, чтобы к компьютерному блоку питания была подсоединена хоть какая-то нагрузка. В противном случае, блок питания просто не запустится даже при закорачивании контактов.
Чтобы запустить отдельно блок питания без компьютера, необходимо замкнуть перемычкой зелёный и черный провода. Делается это на главном разъёме БП, и, конечно же, только при выключенном блоке питания.
Итак, пошаговая инструкция, как включить блок питания без ПК:
— В первую очередь подключаем нагрузку к блоку питания. Это может быть старый жесткий диск или вентилятор от системы охлаждения ПК.
— Берем кусок медной проволоки и делаем из неё перемычку.
— Находим на главном разъёме блока питания, который подсоединяется к материнской плате ПК — зелёный провод, и соединяем его с любым из черных проводов на этом же самом разъёме.
— Подсоединяем к блоку питания кабель и включаем его в сеть 220 В. Если блок питания не заработал, то проверяем, нет ли на его корпусе отдельной кнопки включения. Если она есть, то включаем и её также.
В итоге блок питания от компьютера должен заработать отдельно, без материнской платы. Признаком этому станет вращающийся вентилятор и характерный шум от этого в компьютерном блоке питания.
Важно! В некоторых блоках питания, зелёный провод может отсутствовать. В таком случае необходимо использовать не цветовую маркировку проводов, а их распиновку, то есть, их позицию на штекере. Необходимый сигнальный провод для включения блока питания без компьютера находится слева, на 4 позиции.
