Что такое БП в компьютере? Устройство, мощность, работоспособность блока питания

Вступление

Прогресс не стоит на месте, в домашнем хозяйстве используется множество электронных приборов и всем им требуется блок питания. В крупных аппаратах его встраивают в корпус устройства, а «мелочь» довольствуется внешним исполнением. Но что-то теряется, что-то перестает удовлетворять требованиям и приходится покупать новые модели. А так ли это необходимо? Можно ли сделать свой блок питания или улучшить старый? Одни из самых востребованных типов БП — те, что встраиваются в усилители низкой частоты. Сам усилитель, особенно начального уровня, собрать не трудно, обычно на все уходит одна-две микросхемы и немного «мелочевки», проблема возникает с блоком питания. Давайте об этом и поговорим.

Подобный блок подразумевает использование низкочастотного трансформатора для получения пониженного напряжения, из которого формируется постоянное выходное напряжение. Типовая топология БП выглядит следующим образом:

Входное напряжение сети 220 вольт через предохранитель FU1 подается на первичную обмотку трансформатора TV1 (выводы 1-2). На его вторичной обмотке (выводы 3-4) наводится переменное напряжение, которое выпрямляется диодным выпрямителем D1, сглаживается конденсатором С1 и подается на выход. Такое построение является типичным, меняются лишь номиналы и количество компонентов, а топология остается прежней.

Рассмотрим назначение элементов схемы.

• Предохранитель FU1 защищает блок питания и сеть 220 вольт от чрезмерного тока. При увеличении тока в цепи выше предельного он разрушается (расплавляется низкоплавкая проволочка) и цепь разрывается.
• Трансформатор TV1 преобразует величину напряжения с первичной стороны во вторичную, при этом обеспечивается гальваническая развязка выхода от сети 220 вольт.
• Диодный выпрямитель D1 выпрямляет переменное напряжение в однополярное пульсирующее.
• Конденсатор С1 сглаживает выходное напряжение.

Теперь подробнее про использование элементов устройства.

Предохранитель защищает устройство в случае возникновения экстренных ситуаций. При перегрузке или коротком замыкании в нагрузке возникает большой ток в первичной обмотке, что может привести к ее перегреву с последующим возгоранием устройства. Кроме того, не исключена вероятность пробоя межслойной изоляции, и фазное напряжение попадет на выход. Лучше уж отключенный БП, чем подобное, поэтому присутствие предохранителя обязательно.

К слову, зачастую элемент защиты монтируют в обмотку трансформатора, что позволяет отключать его при критическом нагревании. К сожалению, такой прием срабатывает только один раз, и восстановить работоспособность трансформатора удается не всегда – предохранитель, в конструктивном исполнении резистора 0.125 Вт, подключен к внешнему концу первичной обмотки и «намотан» вместе с ней под слоем изоляции.

Трансформатор преобразует переменное напряжение в магнитное поле, которое наводит напряжение во вторичной обмотке. Степень понижения (повышения) выходного напряжения, иначе говоря «коэффициент трансформации» зависит от соотношения числа витков в этих обмотках.

Диодный выпрямитель служит для преобразования переменного напряжения (положительной и отрицательной полярности) с вторичной обмотки в однополярную форму.

Выходной конденсатор сглаживает пульсации выходного напряжения. Дело в том, что трансформатор «предоставляет» напряжение той же формы, что и в сети 220 вольт, а именно синусоидальной. К слову, при работе от бесперебойных источников его форма может быть далеко не синусоидальной. Форма выпрямленного напряжения непостоянна во времени, наличествует длительное снижение до нуля вольт, поэтому необходима установка элемента, поддерживающего выходное напряжение постоянной величины, что выполняется на сглаживающем конденсаторе. Рассмотрим происходящие процессы подробнее, на модели блока питания 10 В.

Определение

Что такое БП в компьютере? Если сказать коротко, это — устройство для преобразования сетевого переменного напряжения в постоянное для питания всех комплектующих в системном блоке. В частности, блок питания подает напряжение на компоненты: видеокарту, оперативную память, жесткий диск, сетевую карту, процессор, подключенные периферийные устройства. Если все эти комплектующие подключить напрямую к сети 220 В, то они просто сгорят. Комплектующие для работы требуют наличия напряжения 12 или 24 В (в основном), и задача блока питания – дать требуемое напряжение.

Также есть и другая задача этого элемента – защищать комплектующие компьютера от возможных перепадов напряжения. По сути, это устройство изменения сетевого напряжения, которое выглядит как небольшая черная коробка с вентилятором. Она устанавливается в системный блок, и именно в нее входит сетевой кабель.

Входной фильтр, высоковольтный выпрямитель и емкостный фильтр

На входе импульсного БП имеется входной фильтр. Он не пропускает помехи, которые всегда есть в электрической сети, в блок питания.

Помехи могут возникать при коммутации мощных потребителей энергии, сварке и т.п.

В то же время он задерживает помехи и самого блока, не пропуская их в сеть.

Если быть более точным, помехи в БП и из него проходят, но достаточно сильно ослабляются.

Входной фильтр представляет собой фильтр нижних частот (ФНЧ).

Он пропускает низкие частоты (в том числе сетевое напряжение, частота которого равна 50 Гц) и ослабляет высокие.

Отфильтрованное напряжение поступает на высоковольтный выпрямитель (ВВ). Как правило, ВВ выполнен по мостовой схеме из четырех полупроводниковых диодов.

Диоды могут быть как отдельными, так и смонтированными в одном корпусе. Существует и другое название такого выпрямителя — «диодный мост».

Выпрямитель превращает переменное напряжение в пульсирующее, т. е. одной полярности.

Грубо говоря, диодный мост «заворачивает» отрицательную полуволну, превращая ее в положительную.

Пульсирующее напряжение представляет собой ряд полуволн положительной полярности. На выходе ВВ стоит емкостной фильтр — один или два последовательно включенных электролитических конденсатора.

Конденсатор — это буферный элемент, который может заряжаться, запасая энергию и разряжаться, отдавая ее.

Когда напряжение на выходе выпрямителя ниже некоей величины («провал»), конденсатор разряжается, поддерживая его на нагрузке. Если же оно выше, конденсатор заряжается, обрезая пики напряжения.

В курсе высшей математике доказывается, что пульсирующее напряжение представляет собой сумму постоянной составляющей и гармоник, частоты которых кратны основной частоте сети.

Таким образом, емкостный фильтр можно рассматривать здесь как фильтр нижних частот, выделяющий постоянную составляющую и ослабляющий гармоники. В том числе и основную гармонику сети — 50 Гц.

Проверка элементов и частые поломки

Чтобы починить БП понадобятся не только знания в электронике, но и наличие измерительного и рабочего инструментов. Из измерительных приборов используются: мультиметр, измеритель ёмкости, осциллограф. Хорошо также иметь и генератор. А из инструмента не обойтись без крестовых отвёрток и паяльных принадлежностей. Для 80% повреждений можно обойтись мультиметром, но исследовать микросхемы и формы сигналов можно будет только осциллографом.

Измерения параметров радиоэлементов

Компьютерный источник питания состоит как из пассивных, так и активных радиоэлементов. Измерение параметров радиодеталей необходимо проводить после выпаивания из платы, так как, находясь в схеме, их выводы, могут шунтироваться другими элементами. Для элементов с двумя выводами можно отрывать от платы только один из них.

Измерение резисторов проводится мультиметром, для этого сравнивается соответствие измеренного сопротивления со значением, соответствующим его маркировке. Диоды и стабилитроны проверяются на наличие пробоя в обе стороны, мультиметр ставится в режим прозвонки. Конденсаторы измеряются на соответствие их ёмкости и ёмкостного сопротивления, для этого используется ESR-метр. Биполярные транзисторы проверяются аналогично диодам в режиме прозвонки, а в случае полевых транзисторов проверка происходит на способность их открываться и закрываться.

Типовые отказы

Так как схемотехника компьютерных источников питания существенно не изменяется, существуют типовые неисправности и способы их решения. В первую очередь понадобится попробовать стартовать БП в автономном режиме. В случае неудачи — разобрать его и визуально осмотреть электролитические конденсаторы на вздутие и потёки. Около 70 процентов неисправностей связаны с выходом из строя конденсаторов, и отремонтировать БП получается путём простой их замены на исправные. Если решено ремонтировать БП самостоятельно, то можно воспользоваться следующей инструкцией:

• Устройство не включается. Сгорает плавкий предохранитель F1, пробит диодный мост. Вышел из строя разделительный фильтр, терморезисторы находятся в обрыве. Высоковольтный конденсатор потерял свою ёмкость. Силовые транзисторы в обрыве или пробиты.
• Устройство не хочет включаться, на высоковольтном конденсаторе присутствует напряжение 310 вольт. Неисправна схема дежурного питания, заменить микросхему ШИМ — контроллера. При отсутствии стабилизированных пяти вольт проверяется подтягивающий резистор 1 кОм. Неисправна цепь супервизора, ёмкости и резисторы в её цепи.
• Стабилизированные напряжения занижены или завышены. Нарушения в работе стабилизирующей цепи, проверяются интегральные микросхемы. Неисправна микросхема ШИМ контроллера.
• Уровни выходных сигналов занижены. Виновата цепь обратной связи. Нарушена работа ШИМ контролера, повреждены радиоэлементы в её обвязке.
• При включении срабатывает защита. Повреждён узел дежурного питания. Сгорела микросхема супервизора, элементы обвязки её цепи. Присутствует короткое замыкание в выходных формирователях напряжения.
• При работе выключается. Перегрев, очистить от пыли, смазать кулер, заменить термопасту.
• Не крутит вентилятор. Отсутствует питающее напряжение 12 вольт. Обрыв терморезистора. Повреждён вентилятор.

Часть 8. Блок питания

Ну, вот наш компьютер и собран. Осталось только сделать так, чтобы он начал работать. Дело в том, что на него должно как-то поступать напряжение. Именно для этого существует блок питания. В последний раз сравнивая компьютер с человеком, блок питания — это сердце. Оно подпитывает другие органы, а без него даже самые новые и качественные части тела работать все равно не будут. На то оно и сердце вашего системного блока. И при всем при этом его конструкция очень проста. Только вот проводов ужасно много.

Мало того, что блок питания раздает электричество всем частям вашего компьютера. Еще он стабилизирует напряжение и защищает систему от помех. В конце концов, в блоке всегда установлен кулер, который помогает охлаждать систему. И такой набор хороших качеств совершенно не перечеркивается какими-либо минусами. на серверах, к примеру, могут использовать сразу несколько блоков на случай того, если один из них неожиданно откажет от перегрева или перепада тока.

Некоторые из блоков питания приходится часто чистить, да и то только потому, что в них сделано много дырок. По-другому никак, ибо эти самые дырки предотвращают нагревание блока. Блоки с малым количеством отверстий для поступления свежего воздуха горят словно сухое сено, поэтому при выборе блока обращайте внимание на это. НО сейчас мы не об этом. Желали когда-нибудь узнать, что находится в самом блоке?

Распределение нагрузки и возможные неисправности

Напряжение, выдаваемое источником питания, предназначено для различных нагрузок. Таким образом, в зависимости от конфигурации конкретного ПК, потребление энергии в каждой цепи источника питания может меняться. Именно поэтому в технических характеристиках БП указывается не только общая мощность устройства, но и максимальное потребление электротока для каждого типа выходного напряжения.

При апгрейде «железа» ПК следует помнить об этом факте. Например, установка мощного современного видеоускорителя приводит к резкому повышению нагрузки в цепи 12 В. Чтобы ПК работал корректно, возможно потребуется и замена блока питания. Чаще всего неполадки с работой БП связаны со старением элементов его конструкции либо существенным недостатком мощности.

Не стоит забывать и о том, что перегрев выходного каскада может быть связан с накоплением большого количества пыли внутри блока питания. Электролитические конденсаторы, установленные в сетевом выпрямителе и выходных каскадах, больше других деталей склонны к старению.

В первую очередь это касается продукции малоизвестных брендов, использующих дешевые комплектующие. По сути, именно элементная база и качество деталей отличает хорошие устройства от дешевых. Провести ремонт БП самостоятельно может только человек, имеющий определенный набор знаний в области электроники. Однако современные устройства, изготовленные известными брендами, отличаются высокой надежностью. При соблюдении правил обслуживания ПК, проблемы с ними возникают очень редко.

Трансформаторный блок питания

Трансформаторный блок питания уже почти не используется в современной электронике, так как состоит из громоздкого трансформатора, что делает такой блок питания тяжелым и крупногабаритным. Схема трансформаторного блока питания до боли простая.

На такой схеме в давние времена собирались почти все блоки питания во всем мире. Такая схема отличалась своей надежностью и неприхотливостью. Здесь мы видим трансформатор, диодный мост и конденсатор. Как работает эта схема, я писал еще в этой статье.

На базе этой схемы можно собрать себе самый простой блок питания с регулировкой от 1,2 Вольта и до 37 Вольт и с выходной силой тока до 1,5 Ампер. Его я описывал еще в этой статье.

У меня он до сих пор лежит на рабочем столе и служит верой и правдой

Также этот же самый принцип я применил при сборке самого простого зарядного устройства для автомобиля. Подробнее можете ознакомиться по этой ссылке.

Читайте также

Блоки JavaScript позволяет нам объединить несколько выражений в одно. Такое выражение называется блочным выражением или просто блоком. Составляющие его выражения заключают в фигурные скобки, например:Как правило, блоки не существуют сами по себе. Чаще всего они

Блоки питания для компьютеров Выбранный для системы блок питания будет играть жизненно важную роль в стабильности всей платформы. Asterisk не является особенно энергоемким приложением, но все, что связано с мультимедийными системами (будь то телефония, профессиональная

Ремонт блока питания

При достаточно уверенном владении паяльником отремонтировать БП своими руками не так сложно, тем более что большинство операций сводятся к замене простых деталей с двумя-тремя выводами, не требующими особых навыков или оборудования для демонтажа.

Так как вопрос «как отремонтировать компьютерный БП» вряд ли возникнет у профессионально владеющего соответствующим инструментом (паяльной станцией, оловоотсосом и т.д.) человека, в дальнейшем мы будем исходить из минимального набора самых распространенных приспособлений. Следовательно, нам понадобится паяльник мощностью в пределах 65 Вт с плоской заточкой жала, припой, бескислотный флюс (канифоль), пинцет и плоская отвертка. Удалить лишний припой можно с помощью зачищенного многожильного медного провода, внесенного под флюсом в каплю расплавленного олова.

При замене крупногабаритных элементов наподобие конденсаторов нужно последовательно разогреть точки пайки их ножек, по возможности убрать лишний припой и далее, либо поочередно прогревая ножки и наклоняя корпус конденсатора из стороны в сторону извлечь его, либо, если размеры жала паяльника это позволяют, одновременно нагреть обе точки пайки и быстро выдернуть конденсатор из отверстий в плате. При этом, как и при работе с другими элементами, важно минимизировать время воздействия паяльника на плату и деталь.

Транзисторы и мощные диоды при их замене устанавливаются в отверстия на плате таким образом, чтобы из крепежное отверстие совпало с резьбой в теле радиатора. Перед прикреплением к радиатору поверхность детали смазывается термопроводной пастой (КПТ -8 или ее аналоги).

Заменяя электролитический конденсатор или диод, необходимо помнить, что это элемены полярные, и их установка должна строго соответствовать рисунку на плате (у конденсаторов, кроме танталовых, полоска обозначает отрицательный полюс).

Еще один материал про ремонт БП компьютера

После ремонта блока питания не стоит спешить устанавливать его в компьютер – лучше всего повторить проверку, описанную ранее.