Как устроен блок питания для компьютера и из чего состоит

Собираем мощный
ПК: как выбрать блок
питания?

Вы собрали компьютер и вдруг поняли, что каким-то образом процессор, материнская плата, вентиляторы и кулеры, а также видеокарта, да и вообще всё, что находится в корпусе, должно как-то работать. Как? С помощью блока питания! «Эльдоблог» подскажет, как выбрать «бэ-пэшечку» так, чтобы электричества хватило на все комплектующие вашей сборки. Какой блок питания выбрать для компьютера? Как выбрать блок питания для игрового пк? Даём ответы на эти важные вопросы.

Блок питания — обязательный элемент при сборке ПК. Вы можете не брать видеокарту, потому что она может быть встроена в процессор. Но БП должен быть всегда, иначе просто ничего не будет работать.

БП — это устройство, которое преобразует напряжение переменного тока от сети в напряжение постоянного тока. Также блок питания защищает от незначительных помех напряжения.

Назначение блока питания

Даже полный «чайник» знает, что БП подает ток. Однако такое утверждение фактически почти ничего не объясняет. Блок питания выполняет три основные функции:

• Понижает напряжение в сети от 220 В (возможны и другие значения) до рабочего напряжения, необходимого для подачи к потребителям энергии – 3.3, 5 и 12 В, в том числе и с отрицательными значениями.
• Выпрямляет переменный ток с частотой 50 Гц, делая его постоянным.
• Стабилизирует рабочее напряжение.

Такие функции требуют соответствующей электрической схемы. БП для системного блока – вовсе не простая конструкция, как можно ошибочно подумать. Рассмотрим более детально его строение – какие логические блоки спрятаны там внутри, и как работает каждый из них.

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.

Устройство и работа импульсного блока питания

В импульсные блоки питания внедрены другие конструкторские решения, благодаря которым увеличивается частота тока f.

Ниже представлена простая схем одноконтактного БП импульсного типа.

Такой тип устройств является инверторной системой.

Принцип работы БП импульсного типа следующий:

1. На первом этапе переменный ток, поступающий в устройство, выпрямляется;
2. Далее постоянный ток конвертируется в прямоугольные частотные импульсы и скважности.
3. Дальше, в зависимости от конструкции БП (с гальванической развязкой или без нее), прямоугольные импульсы поступают на трансформатор, в первом случае, или на выходной ФНЧ, во втором случае.

Основное отличие импульсных БП от классических:

1. С повышением частоты тока, увеличивается КПД работы трансформатора;
2. Минимальные требования к сечению сердечника и его материалу, последний может быть изготовлен из ферримагнитных материалов;
3. Возможность установки в такие БП трансформаторов небольших размеров с малым весом.
4. Использование отрицательной обратной связи позволяет стабилизировать выходное напряжение в устройстве, а это влияете на стабильность работы всего ПК.

Отрицательная обратная связь внедряется в устройства по-разному и зависит это от наличия в конструкции БП гальванической развязки.

Если такая развязка присутствует, то применяется способ оптрона, в другом случае используются в качестве связи одна из выходных обмоток трансформатора и резисторный делитель напряжения.

Сигнал обратной связи (СОС) зависит от выходного напряжения, в свою очередь скважность на выходе ШИМ-контроллера зависит от СОС.

Плюсы импульсных блоков питания.

1. Высокий КПД который может достигать 92-98%;
2. Не большой вес и габариты;
3. Высокая надежность работы;
4. Широкий диапазон выходной частоты и напряжения. Это позволяет использовать такие БП в разных странах;
5. Хорошая защита от короткого замыкания;
6. Меньшая стоимость.

1. Устройства такого типа излучают высокочастотные помехи и даже шумоподавления, внедренные производителями, не решают проблему;
2. Плохая ремонтопригодность;
3. Наличие проблемы высоких гармоник (не во всех устройствах).

Надеемся мы помогли вам разобраться что такое блок питания компьютера и как он работает.

Методика проверки (инструкция)

После того, как блок питания снят с системного блока и разобран, в первую очередь, необходимо произвести осмотр на предмет обнаружения поврежденный элементов (потемнение, изменившийся цвет, нарушение целостности). Заметим, что в большинстве случаев замена сгоревшей детали не решит проблему, потребуется проверка обвязки.

Визуальный осмотр позволяет обнаружить «сгоревшие» радиоэлементы

Если таковы не обнаружены, переходим к следующему алгоритму действий:

• проверяем предохранитель. Не стоит доверять визуальному осмотру, а лучше использовать мультиметр в режиме прозвонки. Причиной, по которой выгорел предохранитель, может быть пробой диодного моста, ключевого транзистора или неисправность блока, отвечающего за дежурный режим;

• проверка дискового термистора. Его сопротивление не должно превышать 10Ом, если он неисправен, ставить вместо него перемычку крайне не советуем. Импульсный ток, возникающий в процессе заряда конденсаторов, установленных на входе, может стать причиной пробоя диодного моста;

• тестируем диоды или диодный мост на выходном выпрямителе, в них не должно быть обрыва и КЗ. При обнаружении неисправности следует подвергнуть проверке установленные на входе конденсаторы и ключевые транзисторы. Поступившее на них в результате пробоя моста переменное напряжение , с большой вероятностью, вывело эти радиодетали из строя;

• проверка входных конденсаторов электролитического типа начинается с осмотра. Геометрия корпуса этих деталей не должна быть нарушена. После этого измеряется емкость. Нормальным считается, если она не меньше заявленной, а расхождение между двумя конденсаторами в пределах 5%. Также проверке должны быть подвергнуты запаянные параллельно входным электролитам варисторы и выравнивающие сопротивления;

• тестирование ключевых (силовых) транзисторов. При помощи мультиметра проверяем переходы база-эмиттер и база-коллектор (методика такая же, как при проверке диодов).

Если найден неисправный транзистор, то прежде, чем впаивать новый, необходимо протестировать всю его обвязку, состоящую из диодов, низкоомных сопротивлений и электролитических конденсаторов. Последние рекомендуем поменять на новые, у которых большая емкость. Хороший результат дает шунтирование электролитов при помощи керамических конденсаторов 0,1 мкФ;

• Проверка выходных диодных сборок (диоды шоттки) при помощи мультиметра, как показывает практика, наиболее характерная для них неисправность – КЗ;

• проверка выходных конденсаторов электролитического типа. Как правило, их неисправность может быть обнаружена путем визуального осмотра. Она проявляется в виде изменения геометрии корпуса радиодетали, а также следов от протекания электролита.

Не редки случаи, когда внешне нормальный конденсатор при проверке оказывается негодным. Поэтому лучше их протестировать мультиметром, у которого есть функция измерения емкости, или использовать для этого специальный прибор.

Видео: правильный ремонт блока питания ATX.
https://www.youtube.com/watch?v=AAMU8R36qyE

Заметим, что нерабочие выходные конденсаторы – самая распространенная неисправность в компьютерных блоках питания. В 80% случаев после их замены работоспособность БП восстанавливается;

• проводится измерение сопротивления между выходами и нулем, для +5, +12, -5 и -12 вольт этот показатель должен быть в пределах, от 100 до 250 Ом, а для +3,3 В в диапазоне 5-15 Ом.

Применяем знания на практике

Исходя из вышеизложенной базовой информации, можно приступить к выбору блока питания. Для начала определяемся с форм-фактором и типом подключения БП. Затем подбираем мощностью будущего БП, исходя из суммарного энергетического потребления вашего оборудования опираясь на запас и КПД (стандартизацию Energy Star). Также можно обратить внимание на охлаждение блока питания. Здесь чем больше лопасти вентилятора, тем меньше производят они шума и лучше охлаждают. Также есть модели БП с пассивным охлаждением, в таких моделях для отвода тепла используется большой алюминиевый радиатор.

Ну, а на этом все, надеюсь, публикация была полезна для вас. Спасибо, что дочитали статью до конца. Также можете посетить мой блог на сайте. Там вы найдете еще больше различных статей и обзоры разных устройств.

Описание схем блоков питания компьютера стандарта ATX

В качестве примеров рассматриваются несколько схем источников питания различной мощности. Схемы подобраны так, чтобы одинаковые функциональные узлы строились на различных элементах.

300-ваттный БП производства JNC computer

В качестве первого примера приведена схема электрическая принципиальная БП SY-300ATX 300W. Входные цепи построены несколько упрощенно. В нем отсутствует конденсатор Cx для защиты от дифференциальных помех. Также нет варистора для защиты от выбросов сетевого напряжения. Полностью выполнена лишь схема защиты от синфазных помех – на дросселе LF1 и конденсаторах CY1 и CY2.

Выпрямитель на сборке RL205 особенностей не имеет, сглаживающий фильтр С1С2 одновременно выполняет функции делителя напряжения. Для выравнивания средней точки и быстрого разряда емкостей при выключении применены резисторы R13, R12 и варисторы V1, V2. От выпрямленного напряжения величиной около 310 вольт работает схема, формирующая дежурное напряжение.

Генератор выполнен на транзисторе Q3, первичные обмотки трансформатора T3 выполняют функцию нагрузки и обратной связи. Нижняя половина вторичной обмотки формирует собственно напряжение Stand By, которое выпрямляется диодом D7, сглаживается фильтром C13L2C14. Для его стабилизации организован еще один контур обратной связи через оптрон U1. Если выходной уровень повышается, свечение светодиода оптрона становится интенсивнее, приемный транзистор открывается, прикрывая транзистор Q4, который уменьшая напряжение на базе Q3, уменьшает время его открытого состояния. С двух обмоток (суммы верхней и нижней половин) снимается питание для микросхемы генератора и предварительного каскада инвертора. Оно выпрямляется диодом D8, сглаживается емкостью C12.

Средняя точка делителя выпрямленного высокого напряжения подключена к одному концу первичной обмотки импульсного трансформатора T3, защищенной от коммутационных выбросов снаббером R16C10. Другой конец первичной обмотки подключен к средней точке полумостового инвертора, образованного транзисторами Q1,Q2. Полумост изолирован от низковольтной части трансформатором T2. Импульсы на вторичных обмотках формируются драйвером на транзисторах Q5, Q6, которые, в свою очередь, попеременно открываются и закрываются под управлением выводов 7 и 8 микросхемы AT2005. Эта микросхема разработана для использования в качестве контроллера ШИМ в компьютерных блоках питания.

Как и любой PWM-контроллер она выполняет функции:

• формирование импульсов управлениями транзисторами инвертора;
• регулировка длительности импульсов в целях стабилизации выходных напряжений.

Кроме этого, она выполняет специфические для компьютерных БП задачи:

• формирование сигнала Power_OK (PG);
• запуск инвертора при получении сигнала Power_ON от материнской платы;
• защита от превышения напряжений;
• защита от снижения напряжений (при перегрузке).

Назначение выводов микросхемы указано в таблице.

Тип	Описание	Номер	Номер	Описание	Тип
Аналоговый вход	Контроль канала +3,3 вольта	1	16	Прямой вход усилителя ошибки	Аналоговый вход
Аналоговый вход	Контроль канала +5 вольт	2	15	Инверсный вход усилителя ошибки	Аналоговый вход
Аналоговый вход	Контроль канала +12 вольт	3	14	Выход усилителя ошибки	Аналоговый выход
Аналоговый вход	Внешняя блокировка	4	13	VCC	Питание
Питание	GND	5	12	Внешняя блокировка сигнала PG	Аналоговый вход
Подключение частотозадающего конденсатора	6	11	Сигнал PG	Логический выход
Аналоговый выход	Управление транзисторами драйвера	7	10	Конденсатор времени задержки сигнала PG
Аналоговый выход	Управление транзисторами драйвера	8	9	Включение микросхемы при низком уровне, выключение при высоком	Логический вход

В данном БП применяется микросхема AT2005. Ее не следует путать с широко распространенной AT2005B, имеющей иное расположение выводов. Полным аналогом AT2005 является микросхема LPG899.

Сигнал PG снимается с вывода 11, если напряжения на 1,2,3 выводах находятся в пределах нормы. С материнской платы сигнал Power_ON приходит на вывод 9 — если уровень становится низким, генерация запускается. При таком построении управление контроллером ШИМ не требует дополнительных элементов.

На выход 12 подается напряжение от средней точки драйвера – при исчезновении импульсов микросхема выключается. На вход 16 подается напряжение канала +12 вольт – так сформирована цепь обратной связи для регулирования напряжения. При повышении напряжения на выходе канала, длительность импульсов уменьшается, при снижении – увеличивается. Остальные каналы стабилизируются с помощью дросселя групповой стабилизации – он на схеме своего буквенного обозначения не имеет.

Он представляет собой дроссель с 5 обмотками, намотанными на одном тороидальном сердечнике. Каждая обмотка включается в цепь своего напряжения. Если изменяется напряжение любого канала, это приводит к соответствующему изменению в остальных каналах, включая +12 вольт. Изменение этого напряжения задействует ШИМ-регулятор и все остальные напряжения возвращаются в установленные пределы.

Импульсный трансформатор выполнен с одной вторичной обмоткой с выведенной средней точкой и двумя симметричными отводами, с которых снимается напряжение для каналов +5 и -5 вольт. С крайних выводов снимается напряжение для канала +12 VDC и -12 VDC. Все напряжения выпрямляются двухтактными мостовыми выпрямителями и сглаживаются фильтрами, в которые входит соответствующая обмотка дросселя групповой стабилизации, индивидуальные для каждого канала дроссели L6..L9 и конденсаторы. От канала +12 VDC питается вентилятор охлаждения – стабилизатор собран на транзисторе Q6 и стабилитроне ZD2.

Канал +3,3 VDC выполнен от отдельного выпрямителя на сборке D17 и диодах D14, D15. В схему группового регулирования этот канал не включен.

ATX 350 WP4

Следующий источник питания имеет мощность 350 W. Он построен по похожей схеме, в которой содержится ряд отличий от предыдущего БП:

• входные цепи содержат два конденсатора защиты от синфазных помех (Cx, Cx2) и терморезистор для ограничения тока заряда конденсаторов;
• в выходном каскаде инвертора применены намного более мощные транзисторы (с током коллектора 12 А против 3 А у предыдущего узла);
• генератор дежурного напряжения выполнен на MOSFET.

Более глубокая разница состоит в применении микросхемы для ШИМ и в формировании сигнала PG и обработке команды PS_ON. Для управления широтно-импульсной модуляцией применена микросхема AZ7500BP – полный аналог популярнейшей TL494.

Эта микросхема более универсальна, содержит два усилителя ошибки, что позволяет организовать стабилизацию не только по напряжению, но и по току. TL494 позволяет более гибко управлять ШИМ (за счет настройки времени Dead Time – паузы между импульсами). Но она не содержит супервайзера по наличию и уровню выходных напряжений, и эту задачу надо решать отдельно. В данной схеме для этого применена микросхема LP7510. При наличии трех напряжений — +12 VDC, +5 VDC, +3,3 VDC на выводе 8 появится сигнал PG, который сообщит компьютеру об исправности БП. При получении от материнской платы на выводе 4 сигнала низкого уровня Power_ON, на выводе 3 появится высокий уровень, разрешающий запуск микросхемы TL494 и запуск БП.

Sparkman 400 W

Следующий блок питания – Sparkman 400 W. Его основная особенность – однотактный прямоходовый преобразователь. В качестве силового транзистора применен MOSFET SVD7N60F с током стока до 7 А, который напрямую управляется микросхемой KA3842. На ее вывод 1 через оптрон U38 заведена обратная связь, посредством которой регулируется выходной уровень путем изменения длительности импульсов.

Также применен дроссель групповой стабилизации. Для напряжения +3,3 VDC отдельной обмотки и выпрямителя не предусмотрено, оно формируется от канала +5 вольт с помощью отдельного стабилизатора на MOSFET SD1. Супервайзером напряжений, формирователем сигнала PG служит микросхема WT7510 в стандартном включении.

Схема формирования +5 V Stand By и другие узлы особенностей не имеют. Фильтр высоковольтного выпрямителя выполнен в виде делителя со средней точкой, которая в данном случае нужна для переключения сетевого напряжения с 220 VAC на 110 VAC. Во втором случае выпрямитель из мостового становится удвоителем сетевого напряжения.

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.