Устройство и принципиальная схема блока питания для компьютера

Как можно использовать блок питания от компьютера

Не секрет, что современная вычислительная техника морально устаревает задолго до своего физического износа. У многих до сих пор пылятся на чердаках ПК, которые вроде исправны, но просто «не тянут» современное программное обеспечение. И выбросить жалко, и проку никакого. Тем не менее прок есть. Сегодня поговорим о блоке питания от компьютера (БП) — узнаем, что он умеет и как его можно использовать в нестандартных решениях.

Назначение компьютерного БП состоит в преобразовании сетевого напряжения переменного тока в постоянное, необходимое для узлов вычислительной машины. Рассмотрим основные параметры блоков питания этого типа:

Выходное напряжение. Их несколько и измеряются они относительно общей шины:

• +3,3 В (кроме AT);
• +5 В;
• +5 В дежурные (кроме AT);
• -5 В (в новых модификациях ATX может отсутствовать);
• +12 В;
• -12 В.

Важно. Кроме шин подачи питающих напряжений БП, ATX оснащаются служебными входами и выходами, о которых поговорим позже.

Общая выходная мощность. Может меняться от 200 Вт до 800 Вт и выше. Сам по себе параметр даёт только общее представление о выдаваемой мощности, поскольку блок питания создаёт несколько различных напряжений, рассчитанных каждый на свою нагрузку.

Ток или мощность на линии. Параметр указывает, какую мощность может выдать БП по той или иной шине. Некоторые производители вместо мощности указывают ток или и то и другое.

Форм-фактор. Промышленность выпускает блоки питания нескольких форм-факторов. Они зависят от габаритов системного блока, для которого они предназначены. Кроме разных габаритов, такие БП практически ничем друг от друга не отличаются и характеризуются теми же основными параметрами.

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.

Энергоэффективность и КПД

КПД определяет соотношение потребляемой мощности БП к реальной выходной его мощности. Для облегчения задачи выбора «правильного» для вас БП существует специальная стандартизация Energy Star. Если я не ошибаюсь, последняя версия этого стандарта 4.0, но насколько я знаю, обновления в этой версии стандарта было довольно давно. В любом случае, сейчас этот стандарт заключается в следующих требованиях и маркировках:

• 80 Plus. В таких БП эффективность составляет не ниже 80%
• 80 Plus Bronze. Самый распространенный тип, эффективность не ниже 82%
• 80 Plus Silver. В этом стандарте КПД составляет не менее 85%
• 80 Plus Gold. В этом типе КПД превышает 87%
• 80 Plus Platinum. Это самые эффективные устройства с КПД не менее 90%

Эта небольшая деталь крайне важна при выборе и на нее точно следует опираться. Конечно, покупать БП без этой сертификации вообще не стоит. А оптимальным решением по цене и эффективности могут стать блоки с маркировкой 80 Plus Bronze. Эти блоки на сегодняшний день являются самими распространенными. К примеру, если вы приобретаете БП с мощностью 800 Вт со стандартом 80 Plus Bronze, его реальная выходная мощность составит 656 Вт.

Что собой представляет блок питания и для чего служит

Блок питания (он же БП) – источник питания в системном блоке, который отвечает за обеспечение энергией остальных компонентов. От БП во многом зависит долговечность и стабильность работы всей системы. Помимо этого, компьютерный блок питания препятствует потере информации с персонального компьютера, предотвращая скачки энергии.

Уверен, известно каждому человеку мало-мальски знакомому с техникой, что персональный компьютер работает от розетки. Однако далеко не каждый пользователь в курсе, что компоненты системы не могут получать энергию напрямую.
Вот так плавно мы подошли к самому интересному: для чего нужен блок питания в ПК. По двум причинам:

• Во-первых, ток в электросети переменный, что очень «не нравится» компьютерам. Блок питания делает ток постоянным, исправляя положение;
• Во-вторых, каждый компонент ПК, да и ноутбука, требует различного напряжения. И вновь на помощь приходит БП, выдавая процессору и видеокарте необходимый ток.

Возможные неисправности БП

Использование в течение многих лет отработанной схемы импульсного преобразователя позволило сделать ее крайне надежной.

Поэтому большинство неисправностей БП персональных компьютеров связаны либо со старением его компонентов, либо со значительными отклонениями питания или нагрузки от номинальных параметров. Отдельно стоит упомянуть перегрев выходных каскадов из-за накопления пыли внутри БП при недостаточной частоте обслуживания компьютера.

Сильнее всего старение сказывается на состоянии электролитических конденсаторов выпрямителя и выходных каскадов. Со временем они деградируют, теряя емкость, что приводит к заметному росту пульсаций напряжения на выходе блока, что может приводить к сбоям в работе ПК. Также, особенно в дешевых блоках, старение электролитических конденсаторов сопровождается их заметным вздутием, иногда приводящему к их разрушению с характерным хлопком.

Значительный рост напряжения питания или избыточная нагрузка способны привести к перегреву и короткому замыканию внутри диодного моста входного выпрямителя. В этом случае переменный ток из сети поступает в цепи, не рассчитанные на работу с ним: разрушаются электролитические конденсаторы, рассчитанные на однополярное питание, повреждаются ШИМ-контроллер и его транзисторная обвязка. Зачастую повреждение БП при этом делает его ремонт менее рентабельным по сравнению с полной заменой.

Отказ выходных транзисторов импульсного преобразователя чаще всего является следствием их длительного перегрева, вызванного перегрузкой или недостаточным охлаждением.

Особенности

Не секрет, что современные блоки питания (БП) стали мощнее, имеют улучшенные характеристики и конечно же современный дизайн, нежели их предшественники те же 10-15 лет назад. Также, многие из вас знают (или узнают сейчас), что современные БП имеют новые коннекторы для комплектующих, ранее не используемых в персональных компьютерах (ПК). Наличие новых коннекторов связано с появлением новых (или модернизацией старых) комплектующих компьютера, улучшения их ТТХ и как следствие, потребность в дополнительном питании.

На рынке, кроме обычных, можно найти модульные или частично модульные БП. Отличительная черта модульного от обычного — кабели из блока заменены разъемами для подключения кабелей с коннекторами. Так, вы можете отключить неиспользуемые кабели в блоке питания, освободив место в системном блоке для лучшей вентиляции.

Современный БП соответствует стандартам сертификации энергоэффективности и коэффициенту полезного действия, которые применяются для распределения мощности и эффективности подачи питания на комплектующие компьютера. Благодаря «большей прожорливости» в питании тех же видеокарт, материнских плат, БП содержит дополнительные провода, контакты и коннекторы.

Устройство блока питания

Типовая схема блока питания ATX приведена на рисунке. Конструктивно он представляет собой классический импульсный блок на ШИМ-контроллере TL494, запускающемся по сигналу PS-ON (Power Switch On) с материнской платы. Все остальное время, пока вывод PS-ON не подтянут к массе, активен только источник дежурного питания (Standby Supply) с напряжением +5 В на выходе.

Рассмотрим структуру блока питания ATX подробнее. Первым ее элементом является
сетевой выпрямитель:

Его задача – это преобразование переменного тока из электросети в постоянный для питания ШИМ-контроллера и дежурного источника питания. Структурно он состоит из следующих элементов:

• Предохранитель F1 защищает проводку и сам блок питания от перегрузки при отказе БП, приводящем к резкому увеличению потребляемого тока и как следствие – к критическому возрастанию температуры, способному привести к пожару.
• В цепи «нейтрали» установлен защитный терморезистор, уменьшающий скачок тока при включении БП в сеть.
• Далее установлен фильтр помех, состоящий из нескольких дросселей (L1, L2), конденсаторов (С1, С2, С3, С4) и дросселя со встречной намоткой Tr1. Необходимость в наличии такого фильтра обусловлена значительным уровнем помех, которые передает в сеть питания импульсный блок – эти помехи не только улавливаются теле- и радиоприемниками, но и в ряде случаев способны приводить к неправильной работе чувствительной аппаратуры.
• За фильтром установлен диодный мост, осуществляющий преобразование переменного тока в пульсирующий постоянный. Пульсации сглаживаются емкостно-индуктивным фильтром.

Далее постоянное напряжение, присутствующее все время, пока блок питания ATX подключен к розетке, поступает на схемы управлением ШИМ-контроллера и источник дежурного питания.

Источник дежурного питания – это маломощный самостоятельный импульсный преобразователь на основе транзистора T11, который генерирует импульсы, через разделительный трансформатор и однополупериодный выпрямитель на диоде D24 запитывающие маломощный интегральный стабилизатор напряжения на микросхеме 7805. Эта схема хотя и является, что называется, проверенной временем, но ее существенным недостатком является высокое падение напряжения на стабилизаторе 7805, при большой нагрузке приводящее к ее перегреву. По этой причине повреждение в цепях, запитанных от дежурного источника, способно привести к выходу его из строя и последующей невозможности включения компьютера.

Основой импульсного преобразователя является ШИМ-контроллер. Эта аббревиатура уже несколько раз упоминалась, но не расшифровывалась. ШИМ – это широтно-импульсная модуляция, то есть изменение длительности импульсов напряжения при их постоянной амплитуде и частоте. Задача блока ШИМ, основанного на специализированной микросхеме TL494 или ее функциональных аналогах – преобразование постоянного напряжения в импульсы соответствующей частоты, которые после разделительного трансформатора сглаживаются выходными фильтрами. Стабилизация напряжений на выходе импульсного преобразователя осуществляется подстройкой длительности импульсов, генерируемых ШИМ-контроллером.

Важным достоинством такой схемы преобразования напряжения также является возможность работы с частотами, значительно большими, чем 50 Гц электросети. Чем выше частота тока, тем меньшие габариты сердечника трансформатора и число витков обмоток требуются. Именно поэтому импульсные блоки питания значительно компактнее и легче классических схем с входным понижающим трансформатором.

За включение блока питания ATX отвечает цепь на основе транзистора T9 и следующих за ним каскадов. В момент включения блока питания в сеть на базу транзистора через токоограничительный резистор R58 подается напряжение 5В с выхода источника дежурного питания, в момент замыкания провода PS-ON на массу схема запускает ШИМ-контроллер TL494. При этом отказ источника дежурного питания приведет к неопределенности работы схемы запуска БП и вероятному отказу включения, о чем уже упоминалось.

Основную нагрузку несут на себе выходные каскады преобразователя. В первую очередь это касается коммутирующих транзисторов T2 и T4, которые устанавливаются на алюминиевых радиаторах. Но при высокой нагрузке их нагрев даже с пассивным охлаждением может оказаться критическим, поэтому блоки питания дополнительно оснащаются вытяжным вентилятором. При его отказе или сильной запыленности вероятность перегрева выходного каскада значительно возрастает.

Современные блоки питания все чаще используют вместо биполярных транзисторов мощные MOSFET-ключи, за счет значительно меньшего сопротивления в открытом состоянии обеспечивающие больший КПД преобразователя и поэтому менее требовательные к охлаждению.

Видео про устройство БП компьютера, его диагностику и ремонт

Распиновка основного коннектора БП

Изначально компьютерные блоки питания стандарта ATX использовали для соединения с материнской платой 20-контактный разъем (ATX 20-pin). Сейчас его можно встретить только на устаревшей технике. В дальнейшем рост мощностей персональных компьютеров, а следовательно – и их энергопотребления, привел к использованию дополнительных 4-контактных разъемов (4-pin). Впоследствии разъемы 20-pin и 4-pin были конструктивно объединены в один 24-контактный разъем, причем у многих блоков питания часть коннектора с дополнительными контактами могла отделяться для совместимости со старыми материнскими платами.

Назначение контактов разъемов стандартизировано в форм-факторе ATX следующим образом согласно рисунку (термином «управляемое» отмечены те выводы, на которых напряжение появляется только при включении ПК и стабилизируется ШИМ-контроллером):

Наименование контакта	Назначение
+3.3V	Положительное напряжение 3,3 В, управляемое. Питание материнской платы и процессора.
+5V	Положительное управляемое напряжение 5В. Питание части узлов материнской платы, жестких дисков, внешних устройств USB.
+12V	Управляемое напряжение 12В для жестких дисков, вентиляторов систем охлаждения.
-5V	Управляемое напряжение -5В. Стандартом ATX, начиная с версии 1.3, более не используется.
-12V	Управляемое напряжение -12В. Практически не используется.
Ground	Масса.
PG	Имеет высокий уровень при условии превышения напряжениями 5В и 3,3В нижнего порога (сигнализирует о выходе БП в рабочий режим).
+5VSB	Постоянное напряжение 5В (дежурный источник).
PS-ON	Включение блока питания при замыкании вывода на массу.

Содержание

Для начала нужно определиться с корпусом. Если вы выбрали себе корпус форм-фактора ATX, то вам необходимо подобрать блок питания, который подойдёт к этому корпусу. Лучше всегда брать по размерам, хотя, например, для самого стандартного ATX-формата можно взять блок питания и поменьше. Какие бывают форм-факторы блоков питания?

• ATX — самый распространенный тип. Его габариты: 150×86×140 мм. Бывают варианты с открытым (120 мм) и закрытым (80 мм) вентиляторами.
• SFX — компактный блок питания. Габариты: 125×51,5×100 мм. У него короткие провода, которые подойдут для мультимедийных ПК или серверов.
• TFX — тип блоков питания для корпусов нестандартной формы. Габариты: 85×65×175 мм.
• Внешние — по названию понятно, что блок питания не устанавливается в корпус. Не распространено среди обычных пользователей ПК.

Ремонт
Сборка и проверка работоспособности блока питания ПК

Что ж, неисправность устранена и теперь нужно проверить. Запускать с ПК не стоит — можно его повредить. А как запустить компьютерный блок питания без компьютера? Это вполне возможно и понадобится только вооружиться перемычкой.

Так как запустить бп без пк? По инструкции:

1. Блок подключается к сети.
2. Распиновка блока питания компьютера выглядит так. Перемычкой из скрепки нужно закоротить зеленый и любой черный контакт.

Распиновка компьютерного блока питания стандартизированная, поэтому трюк работает с любыми БП.

Теперь нужно нажать кнопку питания и все. Но перед тем, как запустить блок питания компьютера, нужна хоть какая-то нагрузка. Например, жесткий диск или оптический привод. Иначе есть вероятность, что БП просто взорвется.

Если не запускается блок питания компьютера, попробуйте поменять черный контакт. Распиновка бп компьютера АТХ использует его в качестве земли.