Напряжения компьютерного блока питания. Как проверить блок питания компьютера. Сигнальные линии PSON и PWOK

Не включается компьютер? В этом материале вы найдете ответ на вопрос: как проверить блок питания компьютера.

Тезисное решение этой проблемы есть в одной из наших прошлых статей .

О том как проверить его работоспособность читайте в нашей сегодняшней статье.

Блок питания (БП) - вторичный источник питания (первичным источником выступает розетка), цель которого состоит в преобразовании переменного напряжения в постоянное, а также обеспечении питания компьютерных узлов на заданном уровне.

Таким образом, БП выступает промежуточным звеном между электрической сетью и и соответственно от его исправности и правильной работы зависит работоспособность остальных компонентов.

Причины и признаки неисправности блока питания

Как правило, причинами из-за которых БП выходят из строя могут быть:

низкое качество напряжения сети (частые перепады напряжения в сети, а также его выход за пределы рабочего диапазона БП);

низкое качество компонент и изготовления в целом (данный пункт актуален для дешёвых БП);

Определить вышел из строя БП или какая-то другая составляющая можно по следующим признакам:

после нажатия на кнопку питания системного блока ничего не происходит - нет световой и звуковой индикации, не вращаются вентиляторы охлаждения;

компьютер включается через раз;

Проверку БП можно выполнить несколькими способами.

О последовательности каждой из проверок мы поговорим ниже, а сейчас лишь ограничимся короткой информацией для понимания того, что мы будем делать.

Суть первого способа заключается в проверке подачи напряжения и на этом этапе мы выполняем грубую проверку - есть напряжение или нет.

Второй способ заключается в проверке выходного напряжения, мы уже упоминали, что напряжение должно быть строго в определённых пределах и отклонение в любую сторону недопустимо.

Третий способ заключается в визуальном осмотре БП на предмет наличия вздутых конденсаторов.

Для удобства восприятия алгоритм каждой из проверок будет представлен в виде пошаговой инструкции.

Проверка подачи напряжения блоком питания

Шаг 1.

Шаг 2.

Запомните или для удобства сфотографируйте, то каким образом выполнено подключение питания к каждой из компонент (материнская плата, жёсткий диски, оптический привод, пр.) после чего их следует отсоединить от БП.

Шаг 3. Найти канцелярскую скрепку. Скрепкой мы будем замыкать контакты на БП и если её под рукой не оказалось подойдёт проволока схожая со скрепкой по длине и диаметру.

После этого скрепку необходимо согнуть в виде латинской буквы «U».

Шаг 4. Найти 20/24 контактный разъем питания. Данный разъем очень просто найти - это жгут из 20 или 24 проводов соответственно, которые идут от блока питания и подключались к материнской плате ПК.

Шаг 5. Найти разъёмы зелёного и чёрного провода на коннекторе. В разъёмы, к которым подключены данные провода, необходимо вставить скрепку.

Скрепка должна быть надёжно зафиксирована и иметь контакт с соответствующими разъёмами.

Шаг 6.

Шаг 7. Проверка работоспособности вентилятора БП. Если устройство рабочее и проводит ток, то вентилятор, расположенный в корпусе БП должен вращаться при подаче напряжения.

Если вентилятор не вращается выполните проверку контакта скрепки с зелёным и чёрным разъёмам 20/24 контактного разъёма.

Как уже было сказано выше, данная проверка не гарантирует, что устройство рабочее. Данная проверка позволяет определить, что блок питания включается.

Для более точной диагностики необходимо провести следующий тест.

Проверка правильной работы блока питания

Шаг 1. Выключить компьютер. Необходимо помнить, что БП компьютера работает с опасным для человека напряжением - 220В.

Шаг 2. Отрыть боковую крышку системника.

Запомните или для удобства сфотографируйте, то каким образом выполнено подключение питания к каждой из компонент (материнская плата, жёсткий диски, оптический привод, пр.) после чего их следует отсоединить от БП.

Шаг 3. Найти 20/24 контактный разъем питания.

Данный разъем очень просто найти из-за его большего размера - это жгут из 20 или 24 проводов соответственно, которые идут от блока питания и подключались к материнской плате ПК.

Шаг 4. Найти разъёмы чёрного, красного, жёлтого, розового проводов на 20/24 контактном разъёме.

Шаг 5. Осуществить нагрузку БП. В дальнейшем мы будем производить измерение выходного напряжения блока питания.

В обычном режиме БП работает под нагрузкой, осуществляя питание материнской платы, жёстких дисков, оптических приводов, вентиляторов .

Измерение выходного напряжения БП, который находится не под нагрузкой, может привести к довольно высокой погрешности.

Обратите внимание! В качестве нагрузки может быть использован внешний вентилятор на 12В, привод оптических дисков или старый жёсткий диск, а также комбинации указанных устройств.

Шаг 6. Включить блок питания. Подаём питание на БП (не забудьте включить кнопку питания на самом БП, если таковая была выключена на Шаге 1).

Шаг 7. Взять вольтметр и измерить выходное напряжение БП. Выходное напряжение БП будем измерять на парах проводов, указанных в Шаге 3. Эталонное значение напряжения для чёрного и розового провода составляет - 3,3В, чёрного и красного - 5В, чёрного и жёлтого - 12В.

Допускается отклонение указанных значений в размере ±5%. Таким образом, напряжение:

3,3В должно находиться в пределах 3,14 - 3,47В;

5В должно находиться в пределах 4,75 - 5,25В;

12В должно находиться в пределах 11,4 - 12,6В.

Визуальный осмотр блока питания

Шаг 1. Выключить компьютер. Необходимо помнить, что БП компьютера работает с опасным для человека напряжением - 220В.

Шаг 2. Отрыть боковую крышку системного блока.

Запомните или для удобства сфотографируйте, то каким образом выполнено подключение питания к каждой из компонент (материнская плата, жёсткий диски, оптический привод, пр.) после чего их следует отсоединить от блока питания.

Шаг 3. Отсоединить блок питания от системника. Для этого необходимо выкрутить 4 винта, которыми БП крепится к системному блоку.

Как самому изготовить полноценный блок питания с диапазоном регулируемого напряжения 2,5-24 вольта, да очень просто, повторить может каждый не имея за плечами радиолюбительского опыта.

Делать будем из старого компьютерного блока питания, ТХ или АТХ без разницы, благо, за годы PC Эры у каждого дома уже накопилось достаточно количество старого компьютерного железа и БП наверняка тоже там есть, поэтому себестоимость самоделки будет незначительной, а для некоторых мастеров равно нулю рублей.

Мне достался для переделки вот какой АТ блок.

Чем мощнее будете использовать БП тем лучше результат, мой донор всего 250W с 10 амперами на шине +12v, а на деле при нагрузке всего 4 А он уже не справляется, происходит полная просадка выходного напряжения.

Смотрите что написано на корпусе.

Поэтому смотрите сами, какой ток вы планируете получать с вашего регулируемого БП, такой потенциал донора и закладывайте сразу.

Вариантов доработки стандартного компьютерного БП множество, но все они основаны на изменении в обвязке микросхемы IC - TL494CN (её аналоги DBL494, КА7500, IR3М02, А494, МВ3759, М1114ЕУ, МPC494C и т.д.).

Рис №0 Распиновка микросхемы TL494CN и аналогов.

Посмотрим несколько вариантов исполнения схем компьютерных БП, возможно одна из них окажется ваша и разбираться с обвязкой станет намного проще.

Схема №1.

Приступим к работе.
Для начала необходимо разобрать корпус БП, выкручиваем четыре болта, снимаем крышку и смотрим внутрь.

Ищем на плате микросхему из списка выше, если таковой не окажется, тогда можно поискать вариант доработки в интернете под вашу IС.

В моем случае на плате была обнаружена микросхема KA7500, значит можно приступать к изучению обвязки и расположению ненужных нам деталей, которые необходимо удалить.

Для удобства работы, сначала полностью открутим всю плату и вынем из корпуса.

На фото разъём питания 220v.

Отсоединим питание и вентилятор, выпаиваем или выкусываем выходные провода, чтобы не мешали нам разбираться в схеме, оставим только необходимые, один желтый (+12v), черный (общий) и зеленый* (пуск ON) если есть такой.

В моём АТ блоке зеленого провода нет, поэтому он запускается сразу при включении в розетку. Если блок АТХ, то в нем должен быть зеленый провод, его необходимо припаять на "общий", а если пожелаете сделать отдельную кнопку включения на корпусе, то тогда просто поставьте выключатель в разрыв этого провода.

Теперь надо посмотреть на сколько вольт стоят выходные большие конденсаторы, если на них написано меньше 30v , то надо заменить их на аналогичные, только с рабочим напряжение не меньше 30 вольт.

На фото - черные конденсаторы как вариант замены для синего.

Делается это потому, что наш доработанный блок будет выдавать не +12 вольт, а до +24 вольт, и без замены конденсаторы просто взорвутся при первом испытании на 24v, через несколько минут работы. При подборе нового электролита емкость уменьшать не желательно, увеличивать всегда рекомендуется.

Самая ответственная часть работы.
Будем удалять все лишнее в обвязке IC494, и припаивать другие номиналы деталей, чтобы в результате получилась вот такая обвязка (Рис. №1).

Рис. №1 Изменение в обвязке микросхемы IC 494 (схема доработки).

Нам будут нужны только эти ножки микросхемы №1, 2, 3, 4, 15 и 16, на остальные внимание не обращать.

Рис. №2 Вариант доработки на примере схемы №1

Расшифровка обозначений.

Делать надо примерно так , находим ножку №1 (где стоит точка на корпусе) микросхемы и изучаем, что к ней присоединено, все цепи необходимо удалить, отсоединить. В зависимости от того как у вас в конкретной модификации платы будут расположены дорожки и впаяны детали, выбирается оптимальный вариант доработки, это может быть выпаивание и приподнятие одной ножки детали (разрывая цепь) или проще будет перерезать дорожку ножом. Определившись с планом действий, начинаем процесс переделки по схеме доработки.

На фото - замена резисторов на нужный номинал.

На фото - приподнятием ножек ненужных деталей, разрываем цепи.

Некоторые резисторы, которые уже впаяны в схему обвязки могут подойти без их замены, например, нам необходимо поставить резистор на R=2.7k с подключением к "общему", но там уже стоит R=3k подключенный к "общему", это нас вполне устраивает и мы его оставляем там без изменений (пример на Рис. №2, зеленые резисторы не меняются).

На фото - перерезанные дорожки и добавленные новые перемычки, старые номиналы записываем маркером, может понадобится восстановить все обратно.

Таким образом просматриваем и переделываем все цепи на шести ножках микросхемы.

Это был самой сложный пункт в переделке.

Делаем регуляторы напряжения и тока.

Берем переменные резисторы на 22к (регулятор напряжения) и 330Ом (регулятор тока), припаиваем к ним по два 15см провода, другие концы впаиваем на плату согласно схеме (Рис. №1). Устанавливаем на лицевую панель.

Контроль напряжения и тока.
Для контроля нам понадобятся вольтметр (0-30v) и амперметр (0-6А).

Эти приборы можно приобрести в Китайских интернет магазинах по самой выгодной цене, мой вольтметр мне обошелся с доставкой всего 60 рублей. (Вольтметр: )

Амперметр я использовал свой, из старых запасов СССР.

ВАЖНО - внутри прибора есть резистор Тока (датчик Тока), необходимый нам по схеме (Рис. №1), поэтому, если будете использовать амперметр, то резистор Тока ставить дополнительно не надо, без амперметра ставить надо. Обычно RТока делается самодельный, на 2-х ватное сопротивление МЛТ наматывается провод D=0,5-0,6 мм, виток к витку на всю длину, концы припаяем к выводам сопротивления, вот и все.

Корпус прибора каждый сделает под себя.
Можно оставить полностью металлический, прорезав отверстия под регуляторы и приборы контроля. Я использовал обрезки ламината, их легче сверлить и выпиливать.

Линейный и импульсный источники питания

Начнем с основ. Блок питания в компьютере выполняет три функции. Во-первых, переменный ток из бытовой сети электропитания нужно преобразовать в постоянный. Второй задачей БП является понижение напряжения 110-230 В, избыточного для компьютерной электроники, до стандартных значений, требуемых конвертерами питания отдельных компонентов ПК, - 12 В, 5 В и 3,3 В (а также отрицательные напряжения, о которых расскажем чуть позже). Наконец, БП играет роль стабилизатора напряжений.

Есть два основных типа источников питания, которые выполняют перечисленные функции, - линейный и импульсный. В основе простейшего линейного БП лежит трансформатор, на котором напряжение переменного тока понижается до требуемого значения, и затем ток выпрямляется диодным мостом.

Однако от БП требуется еще и стабилизация выходного напряжения, что обусловлено как нестабильностью напряжения в бытовой сети, так и падением напряжения в ответ на увеличение тока в нагрузке.

Чтобы компенсировать падение напряжения, в линейном БП параметры трансформатора рассчитываются так, чтобы обеспечить избыточную мощность. Тогда при высоком токе в нагрузке будет наблюдаться требуемый вольтаж. Однако и повышенное напряжение, которое возникнет без каких-либо средств компенсации при низком токе в полезной нагрузке, тоже неприемлемо. Избыточное напряжение устраняется за счет включения в цепь неполезной нагрузки. В простейшем случае таковой является резистор или транзистор, подключенный через стабилитрон (Zener diode). В более продвинутом - транзистор управляется микросхемой с компаратором. Как бы то ни было, избыточная мощность просто рассеивается в виде тепла, что отрицательно сказывается на КПД устройства.

В схеме импульсного БП возникает еще одна переменная, от которой зависит напряжение на выходе, в дополнение к двум уже имеющимся: напряжению на входе и сопротивлению нагрузки. Последовательно с нагрузкой стоит ключ (которым в интересующем нас случае является транзистор), управляемый микроконтроллером в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Чем выше длительность открытых состояний транзистора по отношению к их периоду (этот параметр называется duty cycle, в русскоязычной терминологии используется обратная величина - скважность), тем выше напряжение на выходе. Из-за наличия ключа импульсный БП также называется Switched-Mode Power Supply (SMPS).

Через закрытый транзистор ток не идет, а сопротивление открытого транзистора в идеале пренебрежимо мало. В действительности открытый транзистор обладает сопротивлением и рассеивает какую-то часть мощности в виде тепла. Кроме того, переход между состояниями транзистора не идеально дискретный. И все же КПД импульсного источника тока может превышать 90%, в то время как КПД линейного БП со стабилизатором в лучшем случае достигает 50%.

Другое преимущество импульсных источников питания состоит в радикальном уменьшении габаритов и массы трансформатора по сравнению с линейными БП такой же мощности. Известно, что чем выше частота переменного тока в первичной обмотке трансформатора, тем меньше необходимый размер сердечника и число витков обмотки. Поэтому ключевой транзистор в цепи размещают не после, а до трансформатора и, помимо стабилизации напряжения используют для получения переменного тока высокой частоты (для компьютерных БП это от 30 до 100 кГц и выше, а как правило - около 60 кГц). Трансформатор, работающий на частоте электросети 50-60 Гц, для мощности, требуемой стандартным компьютером, был бы в десятки раз массивнее.

Линейные БП сегодня применяются главным образом в случае маломощных устройств, когда относительно сложная электроника, необходимая для импульсного источника питания, составляет более чувствительную статью расходов в сравнении с трансформатором. Это, к примеру, блоки питания на 9 В, которые используются для гитарных педалей эффектов, а когда-то - для игровых приставок и пр. А вот зарядники для смартфонов уже сплошь импульсные - тут расходы оправданны. Благодаря существенно меньшей амплитуде пульсаций напряжения на выходе линейные БП также применяются в тех областях, где это качество востребованно.

⇡ 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.

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).

⇡ Фильтр ЭМП

Фильтр на входе БП служит для подавления двух типов электромагнитных помех: дифференциальных (differential-mode) - когда ток помехи течет в разные стороны в линиях питания, и синфазных (common-mode) - когда ток течет в одном направлении.

Дифференциальные помехи подавляются конденсатором CX (крупный желтый пленочный конденсатор на фото выше), включенным параллельно нагрузке. Иногда на каждый провод дополнительно вешают дроссель, выполняющий ту же функцию (нет на схеме).

Фильтр синфазных помех образован конденсаторами CY (синие каплевидные керамические конденсаторы на фото), в общей точке соединяющими линии питания с землей, и т.н. синфазным дросселем (common-mode choke, LF1 на схеме), ток в двух обмотках которого течет в одном направлении, что создает сопротивление для синфазных помех.

В дешевых моделях устанавливают минимальный набор деталей фильтра, в более дорогих описанные схемы образуют повторяющиеся (полностью или частично) звенья. В прошлом нередко встречались БП вообще без фильтра ЭМП. Сейчас это скорее курьезное исключение, хотя, покупая совсем дешевый БП, можно, все-таки нарваться на такой сюрприз. В результате будет страдать не только и не столько сам компьютер, сколько другая техника, включенная в бытовую сеть, - импульсные БП являются мощным источником помех.

В районе фильтра хорошего БП можно обнаружить несколько деталей, защищающих от повреждения само устройство либо его владельца. Почти всегда есть простейший плавкий предохранитель для защиты от короткого замыкания (F1 на схеме). Отметим, что при срабатывании предохранителя защищаемым объектом является уже не блок питания. Если произошло КЗ, то, значит, уже пробило ключевые транзисторы, и важно хотя бы предотвратить возгорание электропроводки. Если в БП вдруг сгорел предохранитель, то менять его на новый, скорее всего, уже бессмысленно.

Отдельно выполняется защита от кратковременных скачков напряжения с помощью варистора (MOV - Metal Oxide Varistor). А вот никаких средств защиты от длительного повышения напряжения в компьютерных БП нет. Эту функцию выполняют внешние стабилизаторы со своим трансформатором внутри.

Конденсатор в цепи PFC после выпрямителя может сохранять значительный заряд после отключения от питания. Чтобы беспечного человека, сунувшего палец в разъем питания, не ударило током, между проводами устанавливают разряжающий резистор большого номинала (bleeder resistor). В более изощренном варианте - вместе с управляющей схемой, которая не дает заряду утекать при работе устройства.

Кстати, наличие фильтра в блоке питания ПК (а в БП монитора и практически любой компьютерной техники он тоже есть) означает, что покупать отдельный «сетевой фильтр» вместо обычного удлинителя, в общем-то, без толку. У него внутри все то же самое. Единственное условие в любом случае - нормальная трехконтактная проводка с заземлением. В противном случае конденсаторы CY, соединенные с землей, просто не смогут выполнять свою функцию.

⇡ Входной выпрямитель

После фильтра переменный ток преобразуется в постоянный с помощью диодного моста - как правило, в виде сборки в общем корпусе. Отдельный радиатор для охлаждения моста всячески приветствуется. Мост, собранный из четырех дискретных диодов, - атрибут дешевых блоков питания. Можно также поинтересоваться, на какой ток рассчитан мост, чтобы определить, соответствует ли он мощности самого БП. Хотя по этому параметру, как правило, имеется хороший запас.

⇡ Блок активного PFC

В цепи переменного тока с линейной нагрузкой (как, например, лампа накаливания или электроплитка) протекающий ток следует такой же синусоиде, как и напряжение. Но это не так в случае с устройствами, имеющими входной выпрямитель, - такими как импульсные БП. Блок питания пропускает ток короткими импульсами, примерно совпадающими по времени с пиками синусоиды напряжения (то есть максимальным мгновенным напряжением), когда подзаряжается сглаживающий конденсатор выпрямителя.

Сигнал тока искаженной формы раскладывается на несколько гармонических колебаний в сумме с синусоидой данной амплитуды (идеальным сигналом, который имел бы место при линейной нагрузке).

Мощность, используемая для совершения полезной работы (которой, собственно, является нагрев компонентов ПК), указана в характеристиках БП и называется активной. Остальная мощность, порождаемая гармоническими колебаниями тока, называется реактивной. Она не производит полезной работы, но нагревает провода и создает нагрузку на трансформаторы и прочее силовое оборудование.

Векторная сумма реактивной и активной мощности называется полной мощностью (apparent power). А отношение активной мощности к полной называется коэффициентом мощности (power factor) - не путать с КПД!

У импульсного БП коэффициент мощности изначально довольно низкий - около 0,7. Для частного потребителя реактивная мощность не составляет проблемы (благо она не учитывается электросчетчиками), если только он не пользуется ИБП. На бесперебойник как раз таки ложится полная мощность нагрузки. В масштабе офиса или городской сети избыточная реактивная мощность, создаваемая импульсными БП уже значительно снижает качество электроснабжения и вызывает расходы, поэтому с ней активно борются.

В частности, подавляющее большинство компьютерных БП оснащаются схемами активной коррекции фактора мощности (Active PFC). Блок с активным PFC легко опознать по единственному крупному конденсатору и дросселю, установленным после выпрямителя. В сущности, Active PFC является еще одним импульсным преобразователем, который поддерживает на конденсаторе постоянный заряд напряжением около 400 В. При этом ток из питающей сети потребляется короткими импульсами, ширина которых подобрана таким образом, чтобы сигнал аппроксимировался синусоидой - что и требуется для имитации линейной нагрузки. Для синхронизации сигнала потребления тока с синусоидой напряжения в контроллере PFC имеется специальная логика.

Схема активного PFC содержит один или два ключевых транзистора и мощный диод, которые размещаются на одном радиаторе с ключевыми транзисторами основного преобразователя БП. Как правило, ШИМ-контроллер ключа основного преобразователя и ключа Active PFC являются одной микросхемой (PWM/PFC Combo).

Коэффициент мощности у импульсных блоков питания с активным PFC достигает 0,95 и выше. Кроме того, у них есть одно дополнительное преимущество - не требуется переключатель сети 110/230 В и соответствующий удвоитель напряжения внутри БП. Большинство схем PFC переваривают напряжения от 85 до 265 В. Кроме того, снижается чувствительность БП к кратковременным провалам напряжения.

Кстати, помимо активной коррекции PFC, существует и пассивная, которая подразумевает установку дросселя большой индуктивности последовательно с нагрузкой. Эффективность ее невелика, и в современном БП вы такое вряд ли найдете.

⇡ Основной преобразователь

Общий принцип работы для всех импульсных БП изолированной топологии (с трансформатором) один: ключевой транзистор (или транзисторы) создает переменный ток на первичной обмотке трансформатора, а ШИМ-контроллер управляет скважностью их переключения. Конкретные схемы, однако, различаются как по количеству ключевых транзисторов и прочих элементов, так и по качественным характеристикам: КПД, форма сигнала, помехи и пр. Но здесь слишком многое зависит от конкретной реализации, чтобы на этом стоило заострять внимание. Для интересующихся приводим набор схем и таблицу, которая позволит по составу деталей опознавать их в конкретных устройствах.

	Транзисторы	Диоды	Конденсаторы	Ножки первичной обмотки трансформатора
Single-Transistor Forward	1	1	1	4
	2	2	0	2
	2	0	2	2
	4	0	0	2
	2	0	0	3

Помимо перечисленных топологий, в дорогих БП встречаются резонансные (resonant) варианты Half Bridge, которые легко опознать по дополнительному крупному дросселю (или двум) и конденсатору, образующим колебательный контур.

Single-Transistor Forward

⇡ Вторичная цепь

Вторичная цепь - это все, что находится после вторичной обмотки трансформатора. В большинстве современных блоков питания трансформатор имеет две обмотки: с одной из них снимается напряжение 12 В, с другой - 5 В. Ток сначала выпрямляется с помощью сборки из двух диодов Шоттки - одной или нескольких на шину (на самой высоконагруженной шине - 12 В — в мощных БП бывает четыре сборки). Более эффективными с точки зрения КПД являются синхронные выпрямители, в которых вместо диодов используются полевые транзисторы. Но это прерогатива по-настоящему продвинутых и дорогих БП, претендующих на сертификат 80 PLUS Platinum.

Шина 3,3 В, как правило, выводится от той же обмотки, что и шина 5 В, только напряжение понижается с помощью насыщаемого дросселя (Mag Amp). Специальная обмотка на трансформаторе под напряжение 3,3 В - экзотический вариант. Из отрицательных напряжений в текущем стандарте ATX осталось только -12 В, которое снимается со вторичной обмотки под шину 12 В через отдельные слаботочные диоды.

ШИМ-управление ключом преобразователя изменяет напряжение на первичной обмотке трансформатора, а следовательно - на всех вторичных обмотках сразу. При этом потребление тока компьютером отнюдь не равномерно распределено между шинами БП. В современном железе наиболее нагруженной шиной является 12-В.

Для раздельной стабилизации напряжений на разных шинах требуются дополнительные меры. Классический способ подразумевает использование дросселя групповой стабилизации. Три основные шины пропущены через его обмотки, и в результате если на одной шине увеличивается ток, то на других - падает напряжение. Допустим, на шине 12 В возрос ток, и, чтобы предотвратить падение напряжения, ШИМ-контроллер уменьшил скважность импульсов ключевых транзисторов. В результате на шине 5 В напряжение могло бы выйти за допустимые рамки, но было подавлено дросселем групповой стабилизации.

Напряжение на шине 3,3 В дополнительно регулируется еще одним насыщаемым дросселем.

В более совершенном варианте обеспечивается раздельная стабилизация шин 5 и 12 В за счет насыщаемых дросселей, но сейчас эта конструкция в дорогих качественных БП уступила место преобразователям DC-DC. В последнем случае трансформатор имеет единственную вторичную обмотку с напряжением 12 В, а напряжения 5 В и 3,3 В получаются благодаря преобразователям постоянного тока. Такой способ наиболее благоприятен для стабильности напряжений.

Выходной фильтр

Финальной стадией на каждой шине является фильтр, который сглаживает пульсации напряжения, вызываемые ключевыми транзисторами. Кроме того, во вторичную цепь БП в той или иной мере пробиваются пульсации входного выпрямителя, чья частота равна удвоенной частоте питающей электросети.

В состав фильтра пульсаций входит дроссель и конденсаторы большой емкости. Для качественных блоков питания характерна емкость не менее 2 000 мкФ, но у производителей дешевых моделей есть резерв для экономии, когда устанавливают конденсаторы, к примеру, вдвое меньшего номинала, что неизбежно отражается на амплитуде пульсаций.

⇡ Дежурное питание +5VSB

Описание компонентов блока питания было бы неполным без упоминания об источнике дежурного напряжения 5 В, который делает возможным спящий режим ПК и обеспечивает работу всех устройств, которые должны быть включены постоянно. «Дежурка» питается от отдельного импульсного преобразователя с маломощным трансформатором. В некоторых БП встречается и третий трансформатор, использующийся в цепи обратной связи для изоляции ШИМ-контроллера от первичной цепи основного преобразователя. В других случаях эту функцию выполняют оптопары (светодиод и фототранзистор в одном корпусе).

⇡ Методика тестирования блоков питания

Одним из основных параметров БП является стабильность напряжений, которая находит отражение в т.н. кросс-нагрузочной характеристике. КНХ представляет собой диаграмму, в которой на одной оси отложен ток или мощность на шине 12 В, а на другой - совокупный ток или мощность на шинах 3,3 и 5 В. В точках пересечения при разных значениях обеих переменных определяется отклонение напряжения от номинала на той или иной шине. Соответственно, мы публикуем две разные КНХ - для шины 12 В и для шины 5/3,3 В.

Цвет точки означает процент отклонения:

• зеленый: ≤ 1%;
• салатовый: ≤ 2%;
• желтый: ≤ 3%;
• оранжевый: ≤ 4%;
• красный: ≤ 5%.
• белый: > 5% (не допускается стандартом ATX).

Для получения КНХ используется сделанный на заказ стенд для тестирования блоков питания, который создает нагрузку за счет рассеивания тепла на мощных полевых транзисторах.

Другой не менее важный тест - определение размаха пульсаций на выходе БП. Стандарт ATX допускает пульсации в пределах 120 мВ для шины 12 В и 50 мВ - для шины 5 В. Различают высокочастотные пульсации (на удвоенной частоте ключа основного преобразователя) и низкочастотные (на удвоенной частоте питающей сети).

Этот параметр мы измеряем при помощи USB-осциллографа Hantek DSO-6022BE при максимальной нагрузке на БП, заданной спецификациями. На осциллограмме ниже зеленый график соответствует шине 12 В, желтый - 5 В. Видно, что пульсации находятся в пределах нормы, и даже с запасом.

Для сравнения приводим картину пульсаций на выходе БП старого компьютера. Этот блок изначально не был выдающимся, но явно не стал лучше от времени. Судя по размаху низкочастотных пульсаций (обратите внимание, что деление развертки напряжения увеличено до 50 мВ, чтобы колебания поместились на экран), сглаживающий конденсатор на входе уже пришел в негодность. Высокочастотные пульсации на шине 5 В находятся на грани допустимых 50 мВ.

В следующем тесте определяется КПД блока при нагрузке от 10 до 100% от номинальной мощности (путем сравнения мощности на выходе с мощностью на входе, измеренной при помощи бытового ваттметра). Для сравнения на графике приводятся критерии различных категорий 80 PLUS. Впрочем, большого интереса в наши дни это не вызывает. На графике приведены результаты топового БП Corsair в сравнении с весьма дешевым Antec, а разница не то чтобы очень велика.

Более насущный для пользователя вопрос - шум от встроенного вентилятора. Непосредственно измерить его вблизи от ревущего стенда для тестирования БП невозможно, поэтому мы измеряем скорость вращения крыльчатки лазерным тахометром - также при мощности от 10 до 100%. На нижеприведенном графике видно, что при низкой нагрузке на этот БП 135-миллиметровый вентилятор сохраняет низкие обороты и вряд ли слышен вообще. При максимальной нагрузке шум уже можно различить, но уровень все еще вполне приемлемый.

Блок питания в компьютере служит для обеспечения всех комплектующих необходимым для их правильной работы током. Если компьютер вообще не подаёт признаков жизни и не включается, первым делом необходимо провести проверку. Ниже будет рассказано, как проверить блок питания компьютера (далее БП) в домашних условиях.

Важно! При проверке любых электронных устройств, во избежание поражения электрическим током, необходимо отключить их от розетки. Соблюдайте правила безопасности при работе с электронными приборами.

При проверке под напряжением не касайтесь одновременно корпуса и любого заземлителя (в первую очередь батареи).

До проверки

Современный импульсный блок питания редко выходит из строя. Чаще всего причиной молчания персонального компьютера является неплотная стыковка шнура.

В присутствии Card-Reader процедура сильно упрощается. Даже в спящем режиме, при гибернации, при наличии сетевого напряжения 220 В импульсный блок питания формирует напряжение по шине USB для работы мышки и некоторых других устройств, способных по задействованию включить системный блок для загрузки операционной системы. Поэтому здесь будут наблюдаться различные световые сигналы.

Перечисленные шаги являются обязательными до проверки.

Проверка напряжение импульсного источника питания

Обратите внимание, что проверка производится без демонтажа источника. Это делается по той причине, что процесс изъятия блока питания сопровождается трудоёмкими процедурами. Эта проверка выполняется только в том случае, если отсутствует Card-Reader, и нет никакой световой сигнализации. Следовательно, нельзя с точностью определить факт наличия или отсутствия напряжения. В противном случае блок питания снимается и уносится на ремонт.

Проверка ведётся по:

Здесь цветовая маркировка следующая:

1. Чёрный – схемная нейтраль (нуль).
2. Жёлтый – +12 В.
3. Красный – +5 В.

Нас интересуют жёлтая и красная линия. Даже в выключенном состоянии при наличии питания 220 В на входе и исправном блоке питания в этой области наблюдаются напряжения порядка +0,45 В. MOLEX 88751 проверять несколько сложнее, потому что некуда вставить щуп. Но тестирование все же осуществимо. Придерживайте щупы пальцами. Во вторую очередь обращаем внимание на разъёмы USB материнской платы. Сюда приходит 5 В для подсветки. Во вторую – потому что проверить этот разъем малоподготовленному пользователю сложнее.

Наблюдаемое напряжение должно составлять порядка +4,98 В. В сервисных центрах для проверки используются специальные муфты вместо привычных щупов тестера. Но, наклоняя щуп, можно и без этого добиться нужного результата. Прислоняйте его с наружной стороны, чтобы не замкнуть питание на информационные линии разъёма. Крайний левый вывод не подсоединён, к нему чёрный щуп прислонять можно. В результате проверка упрощается максимально.

Демонтаж

Если указанное не помогло выявить исправность, то предполагается какая-то поломка. Производим демонтаж импульсного блока питания для дальнейшей проверки. Разстыкуйте питающие разъёмы материнской платы, выкрутите винты и снимайте модуль.

На штекерах цепей питания имеются защёлки. Больше всего проблем с ATX на 20 пинов. Нажмите на защёлку и, покачивая из стороны в сторону вилку, аккуратно тащите на себя. Это не быстрый процесс, требующий известного терпения.

На малом штекере ATX 12 В тоже имеется защёлка. Она не попала на снимок, так как находится с оборотной стороны.

Литература говорит, что нельзя включать импульсные блоки питания компьютера без нагрузки. Но мы не занимается ремонтом, а всего лишь ведём проверку.

Результат

Если проверка выявила, что напряжения не имеется, то проверять предохранитель внутри импульсного блока питания не рекомендуется.

А всё потому, что после выключения питания на конденсаторах входного фильтра все-таки остаётся напряжение порядка 650 В, которое может больно ударить экспериментатора.

Импульсный блок питания отдаётся в ремонт.

Для экспериментаторов: как включить изъятый блок питания

Мы не рекомендуем делать этого самостоятельно, но всегда найдутся те, кто захочет сам. В таком случае, хотя бы произведите все так, как надо. Среди штекеров, имеющихся у нас, выбираем АТХ, имеющий 20 или 24 контакта. Цветовая дифференциация проводов позволит не перепутать провода при проведении измерений. Первым делом следует подключить любую нагрузку к блоку питания, т.к. производители не рекомендуют включать его без нагрузки. Данные при включении без нагрузки могут быть немного завышены, либо блок питания не включится вообще.

• В качестве нагрузки достаточно использовать вентилятор или DVD-привод, который стоит в корпусе вашего ПК. Но при этом блок питания так просто не включится, для включения необходимо подать специальный сигнал. Для его воспроизведения необходимо замкнуть массу (GND, COM, общий провод, «земля») и управляющий провод, который окрашен зелёным цветом. Масса всегда чёрного цвета.
• Замкнуть кратковременно эти два провода можно простой скрепкой. Удержание не долее 3-х секунд. Не стоит бояться потому что, если вы подключите зелёный провод к любому другому – блок питания просто не включится, такой же результат будет, если подключить чёрный провод к любому другому. После того как скрепка вставлена, можно включить блок питания в розетку, если заработали вентиляторы – значит он выходные каскады исправны, и можно переходить к следующему шагу проверки. Если не включился – дефект внутри блока питания. Туда не стоит лезть, не имея соответствующих навыков.

Номиналы напряжений блока питания компьютера

Проверяем напряжение на выходе. Для этого шага вам понадобится такой прибор, как мультиметр (он же вольтметр или тестер). Принцип проверки напряжения на клеммах такой: красным щупом касаемся необходимой клеммы, черным щупом касаемся массы (всегда чёрный провод). Первым делом проверим провод серого цвета, его назначение в том, чтобы материнская плата «поняла» подаётся ли на неё напряжение. Он называется Power Good, что говорит само за себя. Напряжение, при проверке на нем должно быть +5 вольт (см. выше). Далее перейдём к проводу голубого или синего цвета.

При проверке, как описано выше, напряжение на нем должно составлять -12 вольт, обратите внимание, что напряжение должно быть с отрицательным знаком. Если используется аналоговый вольтметр, тогда следует поменять щупы местами. Синий кабель даёт питание для интерфейса «RS232» (COM-порт), а также некоторым PCI платам. Далее перейдём к проводу белого цвета, напряжение на нем должно быть -5 вольт. В настоящее время данный провод не используется.

Следующим этапом проверим клемму с фиолетовым цветом. Напряжение должно быть +5 вольт, данный провод называется «5V Standby» или дежурное напряжение (т.е. даже при выключенном БП, напряжение на нем будет составлять +5 вольт). Используется в некоторых случаях, например, удалённое включение компьютера через сеть (если данная опция поддерживается). Далее следует проверить все кабели оранжевого цвета, напряжение на них должно быть +3,3 вольта. Кабели жёлтого и красного цветов используются, собственно, для питания систем компьютера и должны иметь +12 вольт на любом жёлтом и +5 вольт на любом красном кабеле.

В современном мире развитие и устаревание комплектующих персональных компьютеров происходит очень быстро. Вместе с тем один из основных компонентов ПК – форм-фактора ATX – практически не изменял свою конструкцию последние 15 лет .

Следовательно, блок питания и суперсовременного игрового компьютера, и старого офисного ПК работают по одному и тому же принципу, имеют общие методики диагностики неисправностей.

Материал, изложенный в этой статье, может применяться к любому блоку питания персональных компьютеров с минимумом нюансов.

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
:

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.

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.