Комплекс учебной вычислительной техники «Корвет»

Как сделать блок питания или зарядное устройство из компьютерного БП ATX

Достать бывший в употреблении блок питания компьютера сегодня несложно, а стоит он сущие копейки. Но как его можно использовать без самого компьютера? В этой статье мы это выясним, а заодно сделаем своими руками зарядное устройство и лабораторный блок питания (ЛБП) из компьютерного блока питания.

Итак, у нас в руках блок питания ATX компьютера. Прежде всего попробуем его включить. Но для этого нужно знать некоторые тонкости работы этого устройства. Предположим, перед нами компьютер. Включаем его в сеть, но внешне ничего не происходит. Это, казалось бы, понятно – машина отключена, а чтобы ее включить, нужно нажать кнопку питания на лицевой панели системного блока.

На самом деле это не совсем так. Как только мы вставили вилку в розетку, в блоке питания заработала небольшая часть схемы, вырабатывающая дежурное напряжение +5 В. Называется эта часть модулем дежурного питания. Напряжение поступает на материнскую плату и питает ее отдельные узлы, один из которых предназначен для включения компьютера.

Важно. В большинстве блоков питания ATX предусмотрен дополнительный служебный механический выключатель, расположенный на задней стенке ПК. Напряжение сети на БП этих моделей подается после включения этого тумблера.

Нажимая кнопку на лицевой панели системного блока, мы тем самым подаем команду материнской плате (точнее, ее узлу включения) запустить блок питания. Узел подает на БП сигнал Power on , и БП, а значит, и сам компьютер включаются.

Поскольку компьютера у нас нет, этот сигнал нам придется подать самостоятельно. Сделать это несложно. Для этого достаточно найти разъем на блоке питания, который питает материнскую плату, и установить перемычку между зеленым и любым из черных проводов. Итак, устанавливаем перемычку, подключаем блок питания к сети, и он сразу же запускается – это слышно даже по шуму вентилятора.

Основные данные

• Количество рабочих мест 13.
• Топология локальной сети — магистральный моноканал.
• Физическая среда канала — скрученная пара проводов.
• Максимальная длина канала 50 м.
• Скорость передачи данных по каналу фиксировавания 19 500 бит/с.
• Протокол взаимодействия — байт-ориентированный.
• Время реакции обслуживания запросов по локальной сети 5 с. Питание от сети однофазного переменного тока напряжением 220 В (+10%/-15%), частотой 50 Гц.
• Потребляемая мощность не более 1,3 кВ-А.
• Занимаемая классом площадь 25 м 2 .
• Масса составных частей комплекса не более, кг:
  • системного блока СБ8010 или СБ8020 3;
  • вспомогательного блока ВБ8010 и ВБ8020 3 и 4,5 соответственно;
  • видеоконтрольного устройства (ВКУ) 8;
  • кассетного накопителя 4;
  • печатающего устройства (ПУ) 7,8;
  • комплекта электроснабжения 50

  В комплект поставки вместе с КУВТ «Корвет»
  входят: комплект эксплуатационной документации
  (1 шт.), комплект монтажных частей (1 шт.), ком-
  плект базовых программных средств (поставляется
  на гибких магнитных дисках), элемент постоянной
  памяти с «зашитой» в нем тестоводиагностической программой (1 шт.), гибкий магнитный диск диаметром 133 мм, емкостью 1 Мбайт (20 шт.), кассета МК-60 (10 шт.).

  Цена комплекса 25 000 руб.

  Поставка выполняется по нарядам ГКВТИ.

  ⇡#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:

  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).

  

  Внутреннее устройство БП (AeroCool KCAS-650M)

  

  Полная схема простого блока питания стандарта ATX

  Переделка БП ATX в регулируемый или лабораторный блок питания

  А теперь самое время сделать своими руками импульсный лабораторный блок питания из компьютерного блока питания. Доработаем блок питания, ШИМ-контроллер которого собран на специализированной микросхеме TL494 (также известной как μA494, μPC494, M5T494P, KIA494, UTC51494, AZ494AP, KA7500, IR3M02, AZ7500BP, KR1114EU4, MV3759 и тому подобное).

  Мнение эксперта Алексей Бартош Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Задайте вопрос Сразу оговоримся — хотя типовые схемы включения этих микросхем одинаковы, все же есть некоторые отличия в зависимости от модели блока питания. Поэтому универсального решения по переделке всех блоков питания не существует.

  Например, доработаем блок питания, схема которого представлена ​​ниже. Поняв идею происходящих изменений, не составит труда выбрать алгоритм для изменения любого другого блока.

  

  Разбираем блок питания, вытаскиваем плату. Сразу отпаиваем все ненужные провода силовых цепей, оставляя один желтый, один черный и один зеленый.

  

  Также паяем сглаживающие электролитические конденсаторы на всех линиях электропередачи. На схеме они обозначены как C30, C27, C29, C28, C35. Значительно увеличим (до 25 В на шине +12 В) выходное напряжение, на которое эти конденсаторы не рассчитаны. На место того, что был на шине +12 В, устанавливаем конденсатор такой же или большей емкости на напряжение не менее 35 В. Остальные места оставляем пустыми. Припаиваем зеленый провод в том месте, где должен был быть черный провод, для подачи питания. Теперь вы можете приступить к модификации контроллера.

  Давайте посмотрим на назначение контактов микросхемы TL494. Нас интересуют два узла: усилитель ошибки 1 и усилитель ошибки 2. На первом собран регулятор напряжения, на втором — регулятор тока. То есть нас интересует обвязка шпилек 1, 2, 3, 4, 13, 14, 15, 16.

  

  Мы меняем трубопровод так, чтобы усилитель ошибки 1 отвечал за регулирование выходного напряжения, а усилитель 2 — за регулирование тока. Сначала нарежем крестиками следы, указанные на схеме ниже.

  

  Теперь находим резисторы R17 и R18. Первый имеет сопротивление 2,15 кОм, второй — 27 кОм. Меняем их на номиналы 1,2 кОм и 47 кОм соответственно. Добавьте в схему два переменных резистора, постоянный 10 кОм (обозначен зеленым), клеммы для подключения внешнего потребителя, амперметр и вольтметр. В итоге получаем следующую схему.

  

  Как видно из схемы, резистор 22 кОм позволяет плавно регулировать напряжение в пределах 3-24 В, резистор 330 Ом — ток от 0 до 8 А. Для подключения нагрузки используются Cl1 и CL2. Вольтметр имеет предел измерения 25-30 В, амперметр — 10 А. Приборы могут быть как циферблатами, так и цифровыми шкалами, особенно маленькими — ведь они должны помещаться в корпусе блока питания. Можно начинать тестирование и калибровку.

  Мнение эксперта Алексей Бартош Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Задайте вопрос Мы впервые включаем питание нашей лаборатории через лампу накаливания 220В 60Вт. Это поможет избежать проблем, если мы допустили ошибку в установке. Если лампа не загорается или загорается наполовину и включается блок питания, значит, все в порядке. Если лампа горит на полную мощность, а блок питания молчит, придется искать ошибки.

  Все отлично? Включаем питание напрямую в сеть, резисторные моторы выводим в нижнее положение по схеме. Подключаем нагрузку к клеммам КЛ1, Кл2 — 2 лампы дальнего света, соединенные последовательно. Вращаем резистор регулирования напряжения и с помощью встроенного вольтметра убеждаемся, что напряжение плавно меняется от 3 до 24 вольт. На всякий случай подключаем к клеммам контрольный вольтметр, например тестер. Градуируем ручку регулятора напряжения, руководствуясь показаниями приборов.

  Возвращаем мотор в нижнее положение по схеме, отключаем питание и параллельно подключаем лампы. Включите питание, установите регулятор тока в среднее положение, а регулятор напряжения на отметку 12 В. Поверните ручку регулятора тока. При этом показания амперметра должны постепенно изменяться от 0 до 8 А, а яркость ламп должна постепенно меняться. Градуируем регулятор тока, руководствуясь показаниями амперметра.

  Отключите устройство и соберите его. Наш лабораторный блок питания готов. С его помощью мы можем получить любое напряжение от 3 до 24 вольт и установить ограничение тока через нагрузку в диапазоне 0-10 А.

  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.

  Работа импульсного блока питания

  Первичная цепь импульсного блока питания

  Первичная цепь схемы блока питания расположена до импульсного ферритового трансформатора.

  На входе блока расположен предохранитель.

  Затем стоит фильтр CLC. Катушка, кстати, используется для подавления синфазных помех. Вслед за фильтром располагается выпрямитель на основе диодного моста и электролитического конденсатора. Для защиты от коротких высоковольтных импульсов после предохранителя параллельно входному конденсатору устанавливают варистор. Сопротивление варистора резко падает при повышенном напряжении. Поэтому весь избыточный ток идет через него в предохранитель, который сгорает, выключая входную цепь.

  Защитный диод D0 нужен для того, чтобы предохранить схему блока питания, если выйдет из строя диодный мост. Диод не даст пройти отрицательному напряжению в основную схему. Потому, что откроется и сгорит предохранитель.

  За диодом стоит варистор на 4-5 ом для сглаживания резких скачков потребления тока в момент включения. А также для первоначальной зарядки конденсатора C1.

  Активные элементы первичной цепи следующие. Коммутационный транзистор Q1 и с ШИМ (широтно импульсный модулятор) контроллер. Транзистор преобразует постоянное выпрямленное напряжение 310В в переменное. Оно преобразуется трансформатором Т1 на вторичной обмотке в пониженное выходное.

  И еще — для питания ШИМ-регулятора используется выпрямленное напряжение, снятое с дополнительной обмотки трансформатора.

  Работа вторичной цепи импульсного блока питания

  Во выходной цепи после трансформатора стоит либо диодный мост, либо 1 диод и CLC фильтр. Он состоит из электролитических конденсаторов и дросселя.

  Для стабилизации выходного напряжения используется оптическая обратная связь. Она позволяет развязать выходное и входное напряжение гальванически. В качестве исполнительных элементов обратной связи используется оптопара OC1 и интегральный стабилизатор TL431. Если выходное напряжение после выпрямления превышает напряжение стабилизатора TL431 включается фотодиод. Он включает фототранзистор, управляющий драйвером ШИМ. Регулятор TL431 снижает скважность импульсов или вообще останавливается. Пока напряжение не снизится до порогового.

  Внутренности

  Раскрутив блок питания, мы обнаружим, что он построен на платформе от Super Flower, причем судя по маркировке платы, эта платформа используется для блоков от 300 до 800 ватт. Поскольку такие платформы проектируются для соответствия максимальным требованиями, это наталкивает на мысль, что бюджетные блоки питания будут также хороши.

  

  Наклейка на блоке питания показывает, что линии +3,3 В и +5 В имеют суммарную максимальную мощность в 120 Ватт и допускают нагрузку до 24 А каждая. Линия +12 В имеет мощность до 744 Ватт и допускает ток до 62 А. Таким образом, блок питания способен удовлетворить потребности почти всех современных комплектующих.

  

  Места на плате блока питания практически нет, все присутствует, ничего не заменено перемычками, как любят делать в дешевых китайских поделках (но это на самом деле не удивительно). Кроме электролитов, в цепях фильтрации используются и керамические конденсаторы, чтобы обеспечить чистоту напряжения. Силовой трансформатор — надежный, как и требует класс устройства. Большая часть силовых полупроводников — сделана Infineon.

  

  В подтверждение качества своих продуктов, PC Power&Cooling предоставляет 5-летнюю гарантию на блоки питания на 400-600 Ватт и целых 7 лет на 750-ваттную модель.