Введение в курс по электропитанию вычислительной техники

1. 1. Типы и конструкция источников питания.

Любое электронное оборудование имеет в своём составе источник постоянного напряжения. В современной электронной технике чаще приходится встречаться с двумя видами источников питания: импульсные блоки питания и линейные блоки питания. Лидирующее положение занимают импульсные блоки питания (ИБП).

Линейные блоки питания имеют много полезных свойств таких как: простота, низкие выходные пульсации и шум, превосходные значения нестабильности по напряжению и току, быстрое время восстановления. Главным недостатком является невысокая эффективность, невысокий КПД.

ИБП широко применяются из-за высокого КПД, малых габаритов и массы, высокой удельной мощности. Все перечисленные свойства ИБП получили благодаря применению ключевого режима работы силовых элементов. Малую массу и габариты ИБП получили, прежде всего за счёт исключения из схемы мощного низкочастотного силового трансформатора работающего на частоте 50 Гц. Вместо понижающего трансформатора используется высокочастотный трансформатор, работающий на частоте несколько десятков кГц, что позволяет уменьшить объём и массу электромагнитных элементов по сравнению с эквивалентными линейными источниками, тем самым повысить удельно-массовые показатели.

            К недостаткам ИБП относятся такие характеристики как сложность схемы, наличие высокочастотных шумов и помех, увеличение пульсаций выходного напряжения, большое время выхода на рабочий режим.

            При сравнении характеристик можно сказать, что КПД импульсных источников питания увеличивается по сравнению с источником с понижающим трансформатором в отношении 2:1, удельная мощность увеличивается в 5 раз.

Характеристика	Импульсные БП.	Линейные БП.
КПД %	60…80	30…55
Нестабильность по току %	0,1…1	0,1…0,5
Нестабильность по входн. напряжению %	0,05…0,1	0,02…0,05
Выходные пульсации мВ	30…100	0,5…2
Средняя удельная мощность Вт/дм3	140…250	40
Время удержания мс	20…35	2…3
Время восстановления мкс	500	50
Диапазон входных напряжений %	+/-20	+/-10

            Источники питания ПК являются принадлежностью корпуса компьютера, т.е. поставляются непосредственно с корпусом. Все источники, равно как и компьютеры, можно разделить на следующие типы: PC/XT, PC/AT, PC/ATX.

Подача питания на блок осуществляется через выключатель, который находится в блоке питания, обычно на задней стенке корпуса. В корпусе AT/Tower выключатель находится на передней панели корпуса. В некоторых блоках PC/ATX выключатель отсутствует. Из корпуса БП выходит жгут с разъёмами для подключения системной платы и накопителей FDD, HDD, CD-Rom и DVD. В XT. и AT питание системной платы осуществляется через 2 шестиконтактных разъёма Р8 и Р9:

2. Источники питания формата АТХ.

            Компанией INTEL определён формат на изготовление системных модулей АТХ, что отразилось и на БП. Конструктивные изменения коснулись, прежде всего, разъёма системной платы, теперь он стал с ключём, единым, двухрядным, 20-ти контактным:

Цепи блоков питания АТХ имеют стандартную цветовую маркировку:

• COM – чёрный (соответствует цепи GND традиционных блоков);
• +5V – красный;
• +12V – жёлтый;
• -5V – белый;
• -12V – синий;
• +3,3V – оранжевый;
• +3,3V Sense – коричневый (может подходить к контакту 11);
• +5VSB – малиновый;
• PS-ON – зелёный;
• PW-OK – серый.

 

Кроме традиционных питающих напряжений в ИП этого формата добавлен источник питания +3,3В и сигналы:

PS-ON в активном состоянии имеет уровень логического 0, предназначен для включения выходных напряжений +3,3В, +5В, -5В, +12В и -12В. В состоянии логической 1 или когда сигнал не активен напряжения на выходе источников отсутствуют. В режиме остановки высокий уровень сигнала поддерживается значением +5В нагрузочными резисторами, подключенными к выходу соответствующего ИП.

+5В_SB является напряжением дежурного режима, используется цепями программного управления ИП и поддерживает их в работоспособном состоянии при выключенных основных ИП. Минимальная нагрузка на источник составляет 10мА, максимальная допускается до 720 мА.

PW-OK (Power Good на принципиальных семах P.G.) наличие сигнала логической 1 свидетельствует о сформировавшихся выходных напряжениях +5В_SB и +3,3В, превысивших нижний пороговый уровень для данного ИП. Если эти напряжения меньше нижнего порогового уровня, то сигнал PW-OK принимает значение логического 0.

3. Расширенная спецификация АТХ.

Расширенная спецификация блока питания АТХ предусматривает передачу информации от датчиков вентилятора на системную плату, которая контролирует температуру воздуха и скорость вращения. Сигнал датчика скорости вентилятора FanM блок питания вырабатывает за каждый оборот ротора по 2 импульса.

Изменением напряжения от 0 до +12 В на выводе FanC осуществляется управление скоростью вентилятора. Нижний уровень (0…1В) – полный останов двигателя, (>10,5В) максимальная скорость, (+6В) соответствует половинной скорости вращения. При неподключенном разъёме вентилятор вращается с максимальной скоростью.

Дополнительный разъём имеет контакты изолированного от схемной земли источника напряжением 8…40В, обозначаемые в соответствии со стандартом 1394V(+), 1394R(-), для питания устройств IEEE-1394. По цепи +3,3В Sense имеется возможность дистанционного управления (от материнской платы) в зависимости от нагрузки стабилизатором напряжения +3,3В.

Дополнительный разъём:

• +3,3V Sense – белый с коричневыми полосками;
• FanC – белый с синими полосками;
• FanM – белый;
• 1394V – белый с красными полосками;
• 1394R – белый с чёрными полосками.

 

4. Параметры источника питания.

Одной из проблем, возникающих при ремонте, является подбор аналога источника питания. Обычно в наклеенной на корпус блока этикетке содержится информация о параметрах входной питающей сети, выходная мощность источника питания, значения выходных напряжений и их допустимые отклонения. Дополнительно приводятся стандарты и логотипы организаций, которые проводили тестирование и требованиям которых источник удовлетворяет. При подключении следует проверить соответствие напряжения электросети установленному значению на блоке. Не следует перегружать блок питания, вполне достаточной может оказаться 70…90% нагрузка источника. В таблице приведены допуски на выходные напряжения блока питания:

Напряжения, В	Мягкий допуск		Жёсткий допуск
	Мин.знач.(-10%)	Макс.знач.(+8%)	Мин.знач.(-5%)	Макс.знач.(+5%)
+/-5,0	4,5	5,4	4,75	5,25
+/-12,0	10,8	12,9	11,4	12,6

 

5. Оценка потребляемой мощности.

При сборке компьютера под определённую конфигурацию или возможной модернизации очень важно оценить требуемую мощность источника питания. Для того чтобы вычислить общую потребляемую мощность системного модуля необходимо определить потребляемую мощность всех возможных потребителей. Потребляемая мощность определяется по формуле: P=U x I Вт.