Запитка
Назад

Из чего состоит блок питания компьютера — его функции и напряжение

Опубликовано: 12.08.2021
Время на чтение: 12 мин
0
182

При сборке компьютера блоку питания зачастую отводится минимум внимания. Он выбирается и финансируется по остаточному принципу. Этот подход в корне неверный. От источника питающих напряжений зависит очень многое. Чтобы подход к его подбору был осознанным, надо знать его назначение, и принцип работы составных частей устройства.

Что такое компьютерный блок питания и за он что отвечает

Компоненты компьютера не потребляют переменный ток из сети 220 вольт. Для питания им нужно постоянное напряжение разных уровней (от 3,3 вольта до 12 вольт), этот уровень должен быть стабильным, без перепадов. Также им нужна защита от сверхтока при неисправности. Все эти функции выполняет блок питания. Его основное назначение:

  • преобразование переменного напряжения сети в несколько постоянных напряжений;
  • стабилизация выходных напряжений независимо от перепадов сетевого напряжения и изменения токов нагрузки.

Также блок питания обеспечивает функции управления:

  • поставляет питание к участку материнской платы, ответственной за пуск ПК;
  • стартует при получении сигнала от компьютера;
  • контролирует наличие всех выходных напряжений, при отсутствии формирует соответствующий сигнал.

БП является важным компонентом компьютера или сервера. Если без некоторых составляющих вычислительная система может работать и, хотя бы в урезанном режиме, функционировать (без CD-ROM привода, без сетевой или звуковой плат, даже в отсутствие клавиатуры или мыши), то без блока питания она даже не запустится.

Какие разновидности ставят в ПК

Все компьютерные блоки питания строятся в соответствии со стандартом ATX. Предыдущий стандарт AT отжил свое еще в 90-е годы прошлого столетия. Основное отличие устройства импульсного блока питания компьютера ATX – наличие дежурного напряжения, которое позволяет включить компьютер без коммутации силовых цепей БП.

Строение импульсных источников питания (ИИП), описание схемотехнических решений будет дано ниже, а чтобы изначально сориентироваться в разновидностях БП, надо знать общие принципы классификации устройств.

В первую очередь ИИП для компьютеров делят по мощности, причем параллельно с развитием ПК этот параметр постоянно растет. Если 20 лет назад блока питания мощностью в 250 ватт было достаточно, чтобы закрыть любые потребности, то на текущий момент не всегда достаточно и 550 ватт.

Также многие обращают внимание на наличие сертификата 80PLUS, означающего повышенный КПД блока питания. С технической точки зрения это важно, но с экономической надо понимать, что разница в стоимости компенсирует выигрыш в электроэнергии не раньше, чем за несколько десятков лет. Хотя имеется еще один момент – БП, сертифицированные по высшим категориям 80+ (Gold, Titanium и т.п.), не имеют вентилятора, а это означает практическую бесшумность в работе. Обратной стороной медали является то, что безвентиляторные БП часто выполняются с внешним радиатором, который выступает за габариты корпуса ПК. Это может привести к проблемам с установкой компьютера.

Функции и принцип работы основных узлов

Структурная схема компьютерного блока питания.

Блоки питания в компьютерах выполняются по импульсным схемам. Их основное достоинство – небольшие габариты и вес при высокой мощности. Недостатки тоже известны – сложная схемотехника и, как следствие, пониженная надежность. В целом такие источники ремонтопригодны, но для восстановления требуется повышенная квалификация мастера и наличие приборов.

При построении блоков питания каждый производитель применяет свои схемотехнические решения, но в основе всех ИИП лежит единый принцип работы:

  • выпрямление сетевого напряжения;
  • «нарезание» из него импульсов высокой частоты (от нескольких килогерц до нескольких сотен килогерц);
  • трансформация высокого напряжения в низкое;
  • выпрямление, последующая фильтрация постоянных напряжений.

Несмотря на различие схем, большинство источников питающих напряжений построено по стандартной блок-схеме и содержит одни и те же структурные элементы. Рассмотреть их можно на примере принципиальной схемы блока Power Master LP-8 мощностью 230 ватт.

Принципиальная схема импульсного БП Power Master LP-8 ver.2/03 230 W.

Входной фильтр

Схема входного фильтра БП.

Входной фильтр не является критически важным участком схемы импульсного источника питания – все будет работать без него. Но обойтись без фильтрующих цепей нельзя – ИИП будет генерировать помехи в питающую сеть, и работа других устройств на микроконтроллерах, питающихся от этой же сети, станет непредсказуемой. Входные цепи содержат элементы защиты от синфазных (несимметричных) помех и дифференциальных – симметричных. От первых защищает дроссель LF1 и конденсаторы Cy. Для защиты от вторых установлен конденсатор Cx.

Также входные цепи содержат термистор RTH1 – в холодном состоянии он имеет высокое сопротивление и ограничивает ток заряда конденсаторов высоковольтного выпрямителя. После прогрева его сопротивление падает и он не оказывает влияния на работу.

В схеме присутствует предохранитель F1, защищающий БП от коротких замыканий. Такое включение плавкой вставки не оптимально – элементы RTH1, Cx2, LF1 оказываются незащищенными. Лучше выглядит другая схема входных цепей.

Улучшенная схема защиты.

Здесь присутствует еще один элемент – варистор. В обычном состоянии его сопротивление велико, он не влияет на работу БП. Но при выбросах напряжения сети он открывается, его сопротивление падает, и ток через него способствует перегоранию предохранителя.

Высоковольтный выпрямитель и сглаживающий фильтр

Схема выпрямления с фильтрующим конденсатором.

Схема формирования постоянного напряжения особенностей не содержит. Она состоит из двухполупериодного мостового выпрямителя на диодной сборке и сглаживающего фильтра. Конденсаторы соединены последовательно – так выполнен делитель для получения половины напряжения питания, необходимой для работы полумостового инвертора.

Генератор импульсов

Генератор импульсов на TL494.

Генератор импульсов, управляющих инвертором, выполнен на микросхеме TL494 в стандартном включении. Она представляет собой контроллер широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Управление средним временем открытого состояния инверторов (следовательно, напряжением на выходах) ведется с помощью регулирования длительности импульсов, следующих с одинаковой частотой. Она задается резистором R53 и конденсатором C27.

На вывод 4 подается напряжение от схемы обработки сигнала PS_ON (Power_ON). Если на этом выводе низкое напряжение, микросхема начинает генерировать импульсы и БП стартует.

Обратная связь по выходным напряжениям организована через вывод 1 – если напряжения блока питания компьютера уменьшаются, ширина импульсов увеличивается и наоборот (все каналы регулируются одновременно). ОС по току в данной схеме не используется, поэтому защиты от перегрузки у данного источника нет. На вывод 13, подан высокий уровень с вывода 14, так определяется режим работы микросхемы – двухтактный. Сформированные импульсы снимаются с выходных транзисторов – выводы 8,9 и 11,10.

Рекомендуем: Как сделать чтобы компьютер автоматически включался при подаче питания

Инвертор

Схема полумостового инвертора.

Задача инвертора – сделать из выпрямленного постоянного напряжения однополярное импульсное, пригодное для трансформации (подобно двуполярному переменному). Транзисторы по очереди открываются и закрываются, прикладывая к первичной обмотке трансформатора напряжение около 300 вольт.

В данном случае инвертор собран по полумостовой схеме – компромисс между мостовой и пушпульной. Такая схемотехника применяется в большинстве БП для компьютеров. Так как для открывания ключевых транзисторов Q1, Q2 требуются мощные импульсы тока с хорошей прямоугольностью, они управляются не напрямую от выводов микросхемы, а через предварительный усилитель (драйвер). Он собран на транзисторах Q7, Q8, подключен к оконечному каскаду через трансформатор T2. В этом источнике в качестве ключей применены биполярные транзисторы, в других (особенно мощностью 400+ ватт) могут быть использованы полевые или IGBT, сочетающие достоинства биполярных элементов и MOSFET.

Схема управления и формирования служебных сигналов

Эта схема обычно состоит из нескольких независимых участков. Формирование напряжения Stand By выполнено на отдельном генераторе, питающемся от выпрямленного сетевого напряжения. Генератор нагружен на первичную обмотку трансформатора. С первой вторичной обмотки (1-2) снимается, выпрямляется, стабилизируется линейным регулятором L7805 собственно дежурное питание. Со второй (3-4) снимается напряжение собственных нужд – запитка микросхемы ШИМ, а также драйвера ключей. После запуска ИИП напряжение +12 вольт от соответствующего выходного канала через диод D12 запирает диод D18, а дальнейшее энергоснабжение этих цепей происходит от выходного напряжения.

Формирователь питания StandBy.

Сигнал PG (Power Good) формируется указанным участком схемы при наличии всех питающих напряжений. Если все в порядке, на материнскую плату выдается высокий уровень. В случае исчезновения какого-то канала, напряжение на выходе формирователя снижается до нуля, что служит командой на выключение компьютера.

Формирование сигнала Power Good.

Сигнал PS_ON выдает материнская плата, замыкая зеленый провод БП на общую шину. При этом на эмиттере транзистора Q13 появляется низкий уровень, который через диод D26 разрешает работу микросхемы формирователя ШИМ.

Схема разрешения старта генератора управляющих импульсов.

Читайте еще: Какие контакты нужно замкнуть для запуска компьютерного БП

Импульсный трансформатор, выпрямители вторичных напряжений и фильтры

Схема формирования выходных напряжений.

Импульсный трансформатор работает по тому же принципу, что и обычный силовой, но за счет повышенной частоты преобразования его габариты и масса намного ниже обычного сетевого, рассчитанного на частоту 50 Гц. Трансформированное во вторичные обмотки напряжение выпрямляется, а после сглаживается. В данной схеме четыре напряжения (+5 V, -5V и +12V, -12V) формируются двумя обмотками с отводами от средней точки. Напряжения выпрямляются мостовыми выпрямителями (каждая пара двухполярных уровней – своим), после сглаживаются Г-образными фильтрами, состоящими из индуктивности и емкости. Так как исходное напряжение высокочастотное, то емкость (соответственно, габариты) оксидных конденсаторов невелики. Также невелики размеры и масса дросселей. Напряжение +3,3 вольта формируется из +5 вольт посредством дополнительного стабилизатора на транзисторе Q5.

Какое выходное напряжение БП компьютера: вольтаж и сила тока

Шильдик с параметрами блока питания.

Основную мощность компьютер потребляет по трем каналам.

Канал напряженияЦветовая маркировка изоляции проводников
+12Желтый
+5Красный
+3,3Оранжевый

На эти три напряжения приходится 90+ процентов потребляемой ПК мощности. Максимальный ток выдает канал + 5 вольт. Однако из-за более высокого вольтажа наибольшая мощность передается по шине +12 вольт. Это выгодно – сечение проводов выбирается по амперам, а чем толще провод, тем он дороже. К тому же тонкий проводник более гибкий, с ним работать удобнее. С этой же целью напряжение каждого канала делится на несколько жгутов с отдельными разъемами. Нулевые проводники GND (гальванически объединенные для всех каналов) всегда окрашены в черный цвет.

В качестве примера на фото приведен шильдик, на котором указана общая мощность блока питания и ее распределение по каналам. Простым подсчетом выясняется, что суммарная мощность основных каналов составляет 485 ватт при общей заявленной мощности 450 ватт. Это указывает на наличие маркетологической составляющей в указании технических характеристик, поэтому к задекларированным параметрам надо относиться осторожно. Они могут быть завышены.

Также блок питания выдает напряжения:

  • -12 вольт (синий)
  • -5 вольт (белый).

Мощность, передаваемая по этим каналам, составляет совсем небольшой процент от общей мощности источника.

Читайте также

Распиновка разъемов блока питания компьютера по цветам и напряжению

 

Отдельного упоминания заслуживает дежурное напряжение Stand By. Его уровень +5 вольт, окраска изоляции – фиолетовая. Оно необходимо для включения ПК и присутствует всегда, когда источник питания включен в питающую сеть 220 вольт. Эта линия может обеспечить ток около 2 А.

Также у блока питания есть два управляющих сигнала:

  • PWR_ON (зеленый провод) – служит для старта БП по команде от материнской платы;
  • PG (серый проводник) – формируется при наличии всех питающих напряжений, служит для контроля работоспособности блока питания.

Ток, потребляемый по линиям этих сигналов, очень мал.

Для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.

Знание, как устроен блок питания ПК, для большинства пользователей не так важно. Но для тех, кто хочет повысить свой уровень квалификации и заниматься ремонтом и апгрейдом компьютеров, эти сведения, как минимум, лишними не будут.

Автор:
Становой Алексей
Поделиться
Комментарии:
Комментариев еще нет. Будь первым!
Имя
Укажите своё имя и фамилию
E-mail
Без СПАМа, обещаем
Текст сообщения
Отправляя данную форму, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности и правилами нашего сайта.
Adblock
detector