Сучасні блоки живлення ATX та їх характеристики

код вставки
<Div id = "gecid_share_id"> </ div>
<Script type = "application / javascript" src = "https://ru.gecid.com/inc/js.php?id=1523"> </ script>

Вступ

Невід'ємною частиною кожного комп'ютера є блок живлення. Він важливий так само, як і інші частини комп'ютера. При цьому покупка блоку живлення здійснюється досить рідко, тому що хороший БП може забезпечити харчуванням кілька поколінь систем. З огляду на все це, до придбання блоку живлення необхідно віднестися дуже серйозно, так як доля комп'ютера в прямій залежності від роботи блоку живлення.

Основне призначення блоку живлення - формування напруги живлення, яке необхідно для функціонування всіх блоків ПК. Основна напруга живлення компонентів це: +12 В, +5 В, +3,3. Існують також додаткову напругу: 12В і -5В. Ще блок живлення здійснює гальванічну розв'язку між мережею 220В і компонентами комп'ютера. Це необхідно для усунення струмів витоків, наприклад щоб корпус ПК не билася струмом, а також перешкоджає виникненню паразитних струмів при сполученні пристроїв.

Для здійснення гальванічної розв'язки досить виготовити трансформатор з необхідними обмотками. Але для живлення комп'ютера потрібна чимала потужність, особливо для сучасних ПК. Для живлення комп'ютера довелося б виготовляти трансформатор, який мав би не тільки великий розмір, але і дуже багато важив. Однак зі зростанням частоти струму трансформатора для створення того ж магнітного потоку необхідно менше витків і менше перетин муздрамтеатру. У блоках живленнях, побудованих на основі перетворювача, частота напруги живлення трансформатора в 1000 і більше разів вище. Це дозволяє створювати компактні і легкі блоки живлення.

Найпростіший імпульсний БЖ

Розглянемо блок-схему простого імпульсного блоку живлення, який лежить в основі всіх імпульсних блоків живлення.

Блок схема імпульсного блоку живлення.

Перший блок здійснює перетворення змінної напруги мережі в постійне. Такий перетворювач складається з діодного моста, що випрямляє змінну напругу, і конденсатора, що згладжує пульсації випрямленої напруги. У цьому боці також знаходяться додаткові елементи: фільтри напруги від пульсацій генератора імпульсів і термістори для згладжування стрибка струму в момент включення. Однак ці елементи можуть бути відсутніми з метою економії на собівартості.

Наступний блок - генератор імпульсів, який генерує з певною частотою імпульси, що живлять первинну обмотку трансформатора. Частота генерації імпульсів різних блоків живлення різна і лежить в межах 30 - 200 кГц. Трансформатор здійснює головні функції блоку живлення: гальванічну розв'язку з мережею і зниження напруги до необхідних значень.

Змінна напруга, що отримується від трансформатора, наступний блок перетворює у постійну напругу. Блок складається з діодів, що випрямляють напругу і фільтра пульсацій. У цьому блоці фільтр пульсацій набагато складніше, ніж в першому блоці і складається з групи конденсаторів і дроселя. З метою економії виробники можуть встановлювати конденсатори малої ємності, а також дроселі з малою індуктивністю.

Перший імпульсний блок живлення являв собою двотактний або однотактний перетворювач. Двотактний означає, що процес генерації складається з двох частин. У такому перетворювачі по черзі відкриваються і закриваються два транзистора. Відповідно в однотактному перетворювачі один транзистор відкривається і закривається. Схеми двухтактного і однотактного перетворювачів представлені нижче.

Принципова схема перетворювача.

Розглянемо елементи схеми докладніше:

  • Х2 - роз'єм джерело живлення схеми.

  • Х1 - роз'єм з якого знімається вихідна напруга.

  • R1 - опір, що задає початковий невеликий зсув на ключах. Воно необхідне для більш стабільного запуску процесу коливань в перетворювачі.

  • R2 - опір, що обмежує струм бази на транзисторах, це необхідно для захисту транзисторів від згоряння.

  • ТР1 - Трансформатор має три групи обмоток. Перша вихідна обмотка формує вихідну напругу. Друга обмотка служить навантаженням для транзисторів. Третя формує керуючу напругу для транзисторів.

У початковий момент включення першої схеми транзистор трохи відкритий, тому до бази через резистор R1 прикладена позитивна напруга. Через відкритий транзистор протікає струм, який також протікає і через II обмотку трансформатора. Струм, що протікає через обмотку, створює магнітне поле. Магнітне поле створює напругу в інших обмотках трансформатора. У слідстві на обмотці III створюється позитивна напруга, яке ще більше відкриває транзистор. Процес відбувається до тих пір, поки транзистор не потрапить в режим насичення. Режим насичення характеризується тим, що при збільшенні прикладеної керуючого струму до транзистора вихідний струм залишається незмінним.

Так як напруга в обмотках генерується тільки в разі зміни магнітного поля, його зростання або падіння, то відсутність зростання струму на виході транзистора, отже, призведе до зникнення ЕДС в обмотках II і III. Зникнення напруги в обмотці III призведе до зменшення ступеня відкриття транзистора. І вихідний струм транзистора зменшиться, отже, і магнітне поле буде зменшуватися. Зменшення магнітного поля призведе до створення напруги протилежної полярності. Негативна напруга в обмотці III почне ще більше закривати транзистор. Процес триватиме до тих пір, поки магнітне поле повністю не зникне. Коли магнітне поле зникне, негативна напруга в обмотці III теж зникне. Процес знову почне повторюватися.

Двотактний перетворювач працює за таким же принципом, але відмінність у тому, що транзисторів два, і вони по черзі відкриваються і закриваються. Тобто коли один відкритий - інший закритий. Схема двотактного перетворювача має більшу перевагу, так як використовує всю петлю гістерезису магнітного провідника трансформатора. Використання тільки однієї ділянки петлі гистерезиса або намагнічування тільки в одному напрямку призводить до виникнення багатьох небажаних ефектів, які знижують ККД перетворювача і погіршують його характеристики. Тому в основному скрізь застосовується двухтактная схема перетворювача з фазосдвігающім трансформатором. У схемах, де потрібна простота, малі габарити, і мала потужність все-таки використовується однотактна схема.

Блоки живлення форм-фактора АТХ без корекції коефіцієнта потужності

Перетворювачі, розглянуті вище, хоч і закінчені пристрої, але на практиці їх використовувати незручно. Частота перетворювача, вихідна напруга і багато інших параметрів «плавають», змінюються в залежності від зміни: напруги живлення, завантаженості виходу перетворювача і температури. Але якщо скеровувати витоки, який би міг здійснювати стабілізацію і різні додаткові функції, то можна використовувати схему для живлення пристроїв. Схема блоку живлення із застосуванням ШІМ-контролера досить проста, і, загалом, являє собою генератор імпульсів, побудований на ШІМ-котролері.

ШІМ - широтно-імпульсна модуляція. Вона дозволяє регулювати амплітуду сигналу минулого ФНЧ (фільтр низьких частот) зі зміною тривалості або скважности імпульсу. Головні переваги ШІМ це високе значення ККД підсилювачів потужності і великі можливості в застосуванні.

Схема простого блоку живлення з ШІМ контролером.

Дана схема блоку живлення має невелику потужність і в якості ключа використовує польовий транзистор, що дозволяє спростити схему і позбутися від додаткових елементів, необхідних для управління транзисторних ключів. У блоках живлення великої потужності ШІМ-контролер має елементи управління ( «Драйвер») вихідним ключем. Як вихідних ключів в блоках живленнях великої потужності використовуються IGBT-транзистори.

Напруга в даній схемі перетвориться в постійну напругу і чрез ключ надходить на першу обмотку трансформатора. Друга обмотка служить для живлення мікросхеми і формування напруги зворотного зв'язку. ШІМ-котроллер генерує імпульси з частотою, яка задана RC-ланцюгом підключеним до ніжки 4. Імпульси подаються на вхід ключа, який їх підсилює. Тривалість імпульсів змінюється в залежності від напруги на ніжці 2.

Розглянемо реальну схему АТХ блоку живлення. Вона має набагато більше елементів і в ній присутні ще додаткові пристрої. Червоними квадратами схема блоку живлення умовно поділена на основні частини.

Схема АТХ блоку живлення потужністю 150-300 Вт.

Для живлення мікросхеми контролера, а також формування чергової напруги +5, що використовується комп'ютером, коли він вимкнений, в схемі знаходитися ще один перетворювач. На схемі він позначений як блок 2. Як видно він виконаний за схемою однотактного перетворювача. У другому блоці також є додаткові елементи. В основному це ланцюг поглинання сплесків напруги, які генеруються трансформатором перетворювача. Мікросхема 7805 - стабілізатор напруги формує чергову напругу + 5В з випрямленої напруги перетворювача.

Найчастіше в блоці формування чергової напруги встановлені неякісні або дефектні компоненти, що викликає зниження частоти перетворювача до звукового діапазону. В результаті чого з блоку живлення чутний писк.

Так як блок живлення живиться від мережі змінного напруги 220В, а перетворювач має потребу в харчуванні постійною напругою, напруга необхідно перетворити. Перший блок здійснює випрямлення і фільтрацію змінного напруги. У цьому блоці також знаходиться фільтр, що загороджує від перешкод, які генерує сам блоком живлення.

Третій блок це ШІМ-контролер TL494. Він здійснює всі основні функції блоку живлення. Захищає блок живлення від коротких замикань, стабілізує вихідні напруги і формує ШІМ-сигнал для керування транзисторними ключами, які навантажені на трансформатор.

Четвертий блок складається з двох трансформаторів і двох груп транзисторних ключів. Перший трансформатор формує керуючу напругу для вихідних транзисторів. Оскільки ШІМ-контролер TL494 генерує сигнал слабкої потужності, перша група транзисторів підсилює цей сигнал і передає його першому трансформатору. Друга група транзисторів, або вихідні, навантажені на основний трансформатор, який здійснює формування основних напруг живлення. Така більш складна схема управління вихідними ключами застосована через складність керування біполярними транзисторами і захисту ШІМ-контролера від високої напруги.

П'ятий блок складається з діодів Шотткі, що випрямляють вихідну напругу трансформатора, і фільтра низьких частот (ФНЧ). ФНЧ складається з електролітичних конденсаторів значної ємності і дроселів. На виході ФНЧ стоять резистори, які навантажують його. Ці резистори необхідні для того, щоб після виключення ємності блоку живлення не залишалися зарядженими. Також резистори стоять і на виході випрямляча напруги.

Решта елементів, не обведена в блоці цього ланцюга, формує «сигнали справності». Цими ланцюжками здійснюється робота захисту блоку живлення від короткого замикання або контроль справності вихідних напруг.

Цими ланцюжками здійснюється робота захисту блоку живлення від короткого замикання або контроль справності вихідних напруг

Блок живлення АТХ потужністю 200 Вт.

Тепер подивимося, як на друкованій платі блоку живлення потужністю 200 Вт розташовані елементи. На малюнку показані:

  1. Конденсатори, що виконують фільтрацію вихідних напруг.

  2. Місце не розпаяних конденсаторів фільтра вихідних напруг.

  3. Котушки індуктивності, що виконують фільтрацію вихідних напруг. Велика котушка відіграє роль не тільки фільтра, але і ще працює як феромагнітний стабілізатор. Це дозволяє трохи знизити перекоси напруг при нерівномірному навантаженні різних вихідних напруг.

  4. Мікросхема ШІМ-стабілізатора WT7520.

  5. Радіатор на якому встановлені діоди Шотткі для напруг + 3.3В і + 5В, а для напруги + 12В звичайні діоди. Необхідно відзначити, що часто особливо в старих блоках живленнях, на цьому ж радіаторі розміщуються додатково елементи. Це елементи стабілізації напруг + 5В і + 3,3В. У сучасних блоках живленнях розміщуються на цьому радіаторі тільки діоди Шотткі для всіх основних напруг або польові транзистори, які використовуються в якості випрямляча.

  6. Основний трансформатор, який здійснює формування всіх напруг, а також гальванічну розв'язку з мережею.

  7. Трансформатор, що формує керуючі напруги для вихідних транзисторів перетворювача.

  8. Трансформатор перетворювача, що формує чергову напругу + 5В.

  9. Радіатор, на якому розміщені вихідні транзистори перетворювача, а також транзистор перетворювача формує чергову напругу.

  10. Конденсатори фільтра напруги. Їх не обов'язково має бути два. Для формування двополярного напруги і освіти середньої точки встановлюють два конденсатори рівної ємності. Вони ділять випрямлена напруга мережі навпіл, тим самим формуючи два напруги різної полярності, з'єднаних в загальній точці. У схемах з однополярним живленням конденсатор один.

  11. Елементи фільтра мережі від гармонік (перешкод), що генеруються блоком живлення.

  12. Діоди діодного мосту, що здійснюють випрямлення змінної напруги мережі.

Блок живлення АТХ потужністю-350 Вт.

Блок живлення 350 Вт побудований еквівалентно. Відразу кидається в очі великі розміри плати, збільшені радіатори і більшого розміру трансформатор перетворювача.

  1. Конденсатори фільтра вихідних напруг.

  2. Радіатор, що охолоджує діоди, що випрямляють вихідну напругу.

  3. ШІМ-контролер АТ2005 (аналог WT7520), що здійснює стабілізацію напруги.

  4. Основний трансформатор перетворювача.

  5. Трансформатор, що формує керуючу напругу для вихідних транзисторів.

  6. Трансформатор перетворювача чергової напруги.

  7. Радіатор, що охолоджує вихідні транзистори перетворювачів.

  8. Фільтр мережевої напруги від перешкод блоку живлення.

  9. Діоди діодного моста.

  10. Конденсатори фільтра напруги.

Розглянута схема довго застосовувалася в блоках живленнях і зараз іноді зустрічається.

Блоки живлення формату АТХ з корекцією коефіцієнта потужності.

У розглянутих схемах навантаженням мережі служить конденсатор, що підключається до мережі через діодний міст. Заряд конденсатора відбувається тільки в тому випадку якщо на ньому напруга менше ніж мережеве. В результаті струм носить імпульсний характер, що має безліч недоліків.

В результаті струм носить імпульсний характер, що має безліч недоліків

Мостовий випрямляч напруги.

Перерахуємо ці недоліки:

  • струм вносить в мережу вищі гармоніки (перешкоди);
  • велика амплітуда струму споживання;
  • значна реактивна складова в струмі споживання;
  • мережеве напруга не використовується протягом всього періоду;
  • ККД таких схем має невелике значення.

Нові блоки живлення мають вдосконалену сучасну схему, в ній з'явився ще один додатковий блок - коректор коефіцієнта потужності (ККП). Він здійснює підвищення коефіцієнта потужності. Або інакше кажучи, забирає деякі недоліки мостового випрямляча напруги.

Або інакше кажучи, забирає деякі недоліки мостового випрямляча напруги

Формула повної потужності.

Коефіцієнт потужності (КП) характеризує, скільки в повній потужності активної складової і скільки реактивної. В принципі, можна сказати, а навіщо враховувати реактивну потужність, вона ж хибна і не несе користь.

Формула коефіцієнта потужності.

Припустимо, у нас є якийсь прилад, блок живлення, з коефіцієнтом потужності 0,7 і потужністю 300 Вт. Видно з розрахунків, що наш блок живлення має повну потужність (суму реактивної і активної потужності) більше, ніж зазначена на ньому. І цю потужність повинна дати мережу живлення 220В. Хоча ця потужність не несе користі (навіть лічильник електрики її не фіксує) вона все ж існує.

Хоча ця потужність не несе користі (навіть лічильник електрики її не фіксує) вона все ж існує

Розрахунок повної потужності блоку живлення.

Тобто внутрішні елементи і мережеві дроти повинні бути розраховані на потужність 430 Вт, а не 300 Вт. А уявіть собі випадок, коли коефіцієнт потужності дорівнює 0,1 ... Через це ДЕРЖМЕРЕЖА забороняє використовувати прилади з коефіцієнтом потужності менше 0,6, а в разі виявлення таких на власника накладається штраф.

Відповідно кампаніямі були розроблені Нові схеми блоків живлення, Які малі ККП. Спочатку в якості ККП вікорістовувався включень на вході дросель великий індуктівності, такий блок живлення назівають блок живлення з PFC або пасивний ККП. Подібний блок живлення має підвіщеній КП. Для Досягнення потрібного КМ необходимо оснащуваті блоки живлення більшім дроселем, так як вхідній Опір блоку живлення носити ємний характер через Встановлені конденсатори на віході Випрямляч. Установка дроселя значно збільшує масу блоку живлення, і підвищує КП до 0,85, що не так вже й багато.

Установка дроселя значно збільшує масу блоку живлення, і підвищує КП до 0,85, що не так вже й багато

400 Вт блок живлення з пасивною корекцією коефіцієнта потужності.

На малюнку представлено блок живлення компанії FSP потужністю 400 Вт з пасивною корекцією коефіцієнта потужності. Він містить такі елементи:

  1. Конденсатори фільтра випрямленої напруги.

  2. Дросель, який здійснює корекцію коефіцієнта потужності.

  3. Трансформатор головного перетворювача.

  4. Трансформатор, що керує ключами.

  5. Трансформатор допоміжного перетворювача (чергової напруги).

  6. Фільтри напруги від пульсацій блоку живлення.

  7. Радіатор, на якому встановлені вихідні транзисторні ключі.

  8. Радіатор, на якому встановлені діоди, що випрямляють змінну напругу головного трансформатора.

  9. Плата управління швидкістю обертання вентилятора.

  10. Плата, на якій встановлений ШІМ-контролер FSP3528 (аналог KA3511).

  11. Дросель групової стабілізації та елементи фільтра пульсацій вихідної напруги.

  12. Конденсатори фільтра пульсацій вихідної напруги.

Включення дроселя для корекції КП.

Внаслідок невисокої ефективності пасивного ККП в блок живлення була введена нова схема ККП, яка побудована на основі ШІМ-стабілізатора, навантаженого на дросель. Ця схема приносить безліч плюсів блоку живленню:

  • розширений діапазон робочих напруг;
  • з'явилася можливість значно зменшити ємність конденсатора фільтра напруги;
  • значно підвищений КП;
  • зменшення маси блоку живлення;
  • збільшення ККД блоку живлення.

Є й недоліки у цієї схеми - це зниження надійності БЖ і некоректна робота з деякими джерелами безперебійного живлення при перемиканні режимів роботи батарея / мережа. Некоректна робота цієї схеми з ДБЖ викликана тим, що в схемі значно зменшилася ємність фільтра напруги. У момент, коли короткочасно пропадає напруга, сильно зростає струм ККП, необхідний для підтримки напруги на виході ККП, в результаті чого спрацьовує захист від КЗ (короткого замикання) в ДБЖ.

У момент, коли короткочасно пропадає напруга, сильно зростає струм ККП, необхідний для підтримки напруги на виході ККП, в результаті чого спрацьовує захист від КЗ (короткого замикання) в ДБЖ

Схема активного коректора коефіцієнта потужності.

Якщо подивитися на схему, то вона являє собою генератор імпульсів, який навантажений на дросель. Напруга мережі випрямляється доданими мостом і подається на ключ, який навантажений дроселем L1 і трансформатором Т1. Трансформатор введений для зворотного зв'язку контролера з ключем. Напруга з дроселя знімається за допомогою діодів D1 і D2. Причому напруга знімається по черзі за допомогою діодів, то з діодного моста, то з дроселя, і заряджає конденсатори Cs1 і Cs2. Ключ Q1 відкривається і в дроселі L1 накопичується енергія потрібної величини. Розмір накопиченої енергії регулюється тривалістю відкритого стану ключа. Чим більше накопичено енергії, тим більша напруга віддасть дросель. Після виключення ключа відбувається віддача накопиченої енергії дроселем L1 через діод D1 конденсаторам.

Така робота дозволяє використовувати повністю всю синусоїду змінної напруги мережі на відміну від схем без ККП, а також стабілізувати напругу, що живить перетворювач.

У сучасних схемах блоків живленнях, часто застосовують двоканальні ШІМ-контролери. Одна мікросхема здійснює роботу, як перетворювача, так і ККП. В результаті істотно знижується кількість елементів у схемі блоку харчування.

В результаті істотно знижується кількість елементів у схемі блоку харчування

Схема простого блоку живлення на двоканальному ШІМ-контролері.

Розглянемо схему простого блоку живлення на 12В з використанням двоканального ШІМ-контролера ML4819. Одна частина блоку живлення здійснює формування постійного стабілізованого напруги + 380В. Інша частина являє собою перетворювач, що формує постійну стабілізовану напругу + 12В. ККМ полягає, як і в вище розглянутому випадку, з ключа Q1, навантаженого на нього дроселя L1 трансформатора Т1 зворотного зв'язку. Діоди D5, D6 заряджають конденсатори С2, С3, С4. Перетворювач складається з двох ключів Q2 і Q3, навантажених на трансформатор Т3. Імпульсна напруга випрямляється діодним складанням D13 і фільтрується дроселем L2 і конденсаторами С16, С18. За допомогою патрона U2 формується напруга регулювання вихідної напруги.

Блок живлення GlacialPower GP-AL650AA.

Розглянемо конструкцію блоку живлення, в якій є активний ККП:

  1. Плата керування струмовим захистом;
  2. Дросель, що виконує роль як фільтра напруг + 12В і + 5В, так і функцію групової стабілізації;
  3. Дросель фільтра напруги +3,3;
  4. Радіатор, на якому розміщені випрямні діоди вихідних напруг;
  5. Трансформатор головного перетворювача;
  6. Трансформатор, що керує ключами головного перетворювача;
  7. Трансформатор допоміжного перетворювача (формує чергову напругу);
  8. Плата контролера корекції коефіцієнта потужності;
  9. Радіатор, що охолоджує діодний міст і ключі головного перетворювача;
  10. Фільтри напруги від перешкод;
  11. Дросель коректора коефіцієнта потужності;
  12. Конденсатор фільтра напруги.

Соціальні Коментарі Cackl e

Php?
Главное меню
Реклама

Архив новостей
Права на автомат и на механику: отличия в 2018 году
В 2017 году национальное водительское удостоверение Российской федерации привели в соответствие с Венской Конвенцией «О дорожном движении». В документе появились дополнительные подкатегории транспортных

Коробка передач автомобиля ГАЗ-66
Строительные машины и оборудование, справочник К атегория:     Устройство автомобиля Коробка передач четырехступенчатая, с синхронизатором на 3—4-й передачах. Передаточные отношения

Вариатор (вариаторная коробка передач): что это такое, принцип работы. Подробно + видео
У меня много статей про автоматические коробки передач (особенно сильно я люблю обычную АКПП). Однако второй по распространению я считаю вариатор или CVT, достаточно много автомобилей выпускается именно

Устройство АКПП: принцип работы и схема автоматической коробки
Что такое АКПП? Автоматическая Коробка Переключения Передач (АКПП) – вид трансмиссии в машине, в котором переключение скоростей осуществляется за счет электроники, не требуя внимания водителя.

Как правильно пользоваться коробкой автомат (АКПП)
Содержание статьи На сегодняшний день большинство водителей не представляет как бы они ездили на автомобиле, который не имеет автоматической коробки передач. Некоторые новички, приходят в ужас от одной

Автоматическая коробка передач (АКПП): что это такое, устройство и принцип работы для чайников
Двигатели внутреннего сгорания не способны обеспечить движение автомобиля в разных режимах без специальных устройств, изменяющих частоту вращения коленчатого вала. На части транспортных средств для этого

Как пользоваться автоматической коробкой передач?
Уважаемые автомобилисты! Прежде, чем мы с вами рассмотрим основные положения, как управлять автоматической коробкой передач, давайте поймем, что это такое. Нет, мы не станем углубляться в процессы, происходящие

Как пользоваться коробкой автомат АКПП (видео)
Как водит на автомате? Таким вопросом задается практически каждый человек, который раньше ездил на механической коробке, а теперь собирается приобрести автомобиль на автомате. Опасения на счет поломок

Какую автоматическую коробку передач выбрать (какие бывают коробки автомат): роботизированные, вариатор, гидротрансформатор
Более правильным называнием было бы — механическая КПП с автоматическим сцеплением, поскольку с «автоматом» её роднит только количество педалей. «Робот» полностью повторяет схему работы обычной механической

Mercedes-Benz переходит на 9 ступенчатую коробку-автомат
Немецкий автоконцерн Daimler начал оснащать Mercedes-Benz 9-ступенчатой автоматической трансмиссией. «Автомат», получивший название 9G-Tronic, уже используется в серийном Mercedes E350 BlueTec. Пока эта

Реклама

© 2013 mexpola.h1a25414f