Принципиальные схемы компьютерных блоков питания (описание atx 300, 350, 400, 450, 550w)

Фильтрация

Первое, что блок питания делает с сетевым электричеством, это не выпрямление и не понижение, а выравнивание входного напряжения. Поскольку в наших домах, офисах и на предприятиях имеется множество электрических устройств и приборов, постоянно включающихся-выключающихся, а также излучающих электромагнитные помехи, переменный ток в сети часто бывает «скомканный» и со случайными скачками и перепадами (частота также не постоянна). Это не только затрудняет блоку питания выполнять преобразования, но может вывести из строя некоторые элементы внутри него.

Наш БП имеет две ступени так называемых входных фильтров (transient filter), первая из которых построена сразу на входе с помощью трёх конденсаторов. Она выполняет роль, похожую на роль «лежачего полицейского» на дороге – только вместо скорости, этот фильтр гасит внезапные скачки входного напряжения.

Источник фото techspot.com

Вторая ступень фильтра более сложная, но в сущности делает то же самое.

Желтые кирпичики – это снова конденсаторы, а вот зеленые кольца, обмотанные медным проводом, это индуктивные катушки (хотя при таком использовании их обычно называют дросселями). Катушки накапливают электрическую энергию в магнитном поле, но энергия при этом не теряется, а за счет самоиндукции плавно возвращается обратно. Таким образом, внезапно появившийся высокий импульс (скачок) поглощается магнитным полем дросселя, чтобы на выходе дать ровное напряжение без всяких скачков.

Два маленьких синих диска – ещё одни представители многообразия конденсаторов, а чуть ниже них (зелёный, с длинными ножками, обтянутыми черными изоляторами) – металлооксидный варистор (MOV). Они также используются для защиты от скачков входного напряжения. Подробнее о различных типах входных фильтров можно прочитать здесь.

Источник фото techspot.com

По этому узлу блока питания часто можно определить, насколько производитель сэкономил, или к какому бюджетному классу принадлежит девайс. Более дешевые будут иметь упрощённую фильтрацию входа, а самые дешёвые и вовсе не иметь таковой (избегайте таких!).

Теперь, когда напряжение выровнено и причёсано, ему дозволяется идти дальше – собственно, к преобразованию.

Виды и форм факторы современных блоков питания

Форм-фактором устройства называется сочетание габаритов, формы и особенностей физической компоновки. Источники питающих напряжений выпускаются в различных стандартизированных исполнениях, которые внешне отличаются друг от друга, большей частью, линейными размерами.

ATX пришел на смену устаревшего AT. Наиболее распространенное исполнение источника, применяется в большинстве бытовых, офисных и игровых компьютеров. Выпускается в виде параллелепипеда (как и все другие форматы) и имеет размеры 150х86х140 мм. В БП стандарта ATX устанавливаются кулеры диаметром 80 или 120 мм. Бывают блоки для установки в верхней части корпуса ПК – у них вентилятор установлен на тыльной стороне. Источники для нижней установки имеют вентилятор на боковой поверхности.
Блоки стандарта SFX имеют меньшие габариты – 125х51.5х100 мм. Они предназначены для установки в компактные системные блоки.
Блоки стандарта EPS предназначены для небольших серверов, имеют повышенную мощность и размеры 150х86 мм, а глубина может быть от 180 до 230 мм. Его можно втиснуть и в обычный компьютер, но это не оправдано с экономической точки зрения – он обойдется дороже.
Стандарт TFX появился в 2002 году. Он имеет более вытянутую форму (по сравнению с АТХ), и предназначен для компактных рабочих станций. Его размеры – 85х65.2х175.
Корпуса БП формата CFX имеют неправильную форму – отсек кулера выступает за габариты. Наибольшая мощность – 300 ватт. Размеры по общему контуру – 150х86х96.
LFX применяется в суперкомпактных компьютерах и обеспечивает на выходе до 260 ватт. Размеры – 62х72х210 мм.
FlexATX – самый маленький среди подобных устройств. Его размеры 40.5х81х150. Применяется в настольных системах и серверах.

Форм-фактор БП должен соответствовать размерам корпуса компьютера. Иначе установить источник на посадочное место удастся в лучшем случае с помощью напильника и дрели. А если стандарт необходимого блока неизвестен, то его определить можно по технической документации или еще проще – в 99+ процентах случаев у ПК будет применен источник формата ATX.

РАЗНОВИДНОСТИ ПРИБОРОВ

Основные виды блоков питания:

линейные;
импульсные.

В состав устройств первого типа непременно входят трансформатор, конвертирующий исходное напряжение в более низкое, и выпрямитель, преобразующий переменный ток стандартной частоты (в России — около 50 герц) в постоянный, требуемый для работы бытовой или промышленной техники.

Дополнительными составляющими являются фильтр, предназначенный для нивелирования всплесков и провалов напряжения, стабилизатор, высокочастотный фильтр и защита от коротких замыканий.

Все эти компоненты позволяют получить на выходе идеально ровный сигнал, что особенно важно для чувствительных электроприборов: чем «чище» подаваемый на них ток, тем дольше они могут прослужить.

Плюсы линейных приборов:

простота устройства и ремонта;
повышенная надёжность;
минимальный, вплоть до нулевого, процент помех и колебаний в выходном сигнале;
доступность — трансформаторные устройства стоят сравнительно недорого.

Минусы линейных преобразователей:

габаритность — занимают как минимум в два раза больше места, чем импульсные;
массивность — характеристики используемых составляющих не позволяют сделать трансформаторные блоки лёгкими;
невысокий КПД — потери энергии в сети с подключённым устройством составляют не менее 15%.

В импульсных, или инверторных блоках питания происходят более сложные преобразования: сначала переменный ток преобразуется в постоянный, а затем формируются импульсы высокой частоты, подаваемые, через малогабаритный высокочастотный трансформатор, на выпрямитель и фильтр ВЧ, затем выход.

Таким образом, устройства гарантируют более качественный переменный ток с отсутствием недопустимых перепадов, а преобразование его в постоянный осуществляется уже в «принимающих» приборах.

Основными элементами импульсных приборов являются:

малогабаритные первичные преобразователи переменного напряжения в постоянное;
стабилизаторы, работающие по принципу отрицательной обратной связи и гарантирующие «ровный» результирующий сигнал;
низкочастотные фильтры, обеспечивающие отсутствие помех на выходе.

К дополнительным компонентам относятся иные или дублирующие фильтры, защита от короткого замыкания и нулевой нагрузки, а также трансформаторы выходного переменного сигнала в постоянный.

Плюсы импульсных устройств:

небольшие габариты — такие устройства как минимум в два раза меньше линейных;
небольшая масса — весят инверторные блоки сравнительно немного;
высокий КПД — потери при включении оборудования в сеть лежат в диапазоне 2…10%.

Минусы импульсных приборов:

сложность устройства и ремонта;
большая, по сравнению с линейными блоками, стоимость;
высокочастотные помехи, отрицательно сказывающиеся на работе чувствительных приборов.

В настоящее время и линейное, и импульсное оборудование оснащено стабилизаторами, позволяющими получить на выходе ровный, без резких скачков, сигнал. Стабилизированный блок питания продлевает срок службы бытовой и промышленной техники, а также, даже без использования дополнительной защиты, снижает риск короткого замыкания в сети.

Не следует путать такие устройства с бытовыми стабилизаторами напряжения 220 Вольт.

Назначение БП

Его главной функцией является обеспечение электропитания,
требующегося для работы всех частей компьютера. Основное напряжение
обычно составляет +12 В., +5 В., а также бывает и напряжение -12 В., -5
В. Еще одно назначение БП — это выполнение гальванической развязки между
сетью и элементами ПК. Это требуется для того, чтобы устранить токи
утечек, благодаря чему во время эксплуатации прибор не бьется током и не
допускает возникновения паразитных токов при работе с сопряженным
оборудованием.

Чтобы выполнить гальваническую развязку, требуется использовать
трансформатор, который обладает необходимым числом обмоток. При этом
сегодня для питания современных ПК требуется достаточно большая
мощность. Вот почему, чтобы сделать это, пришлось бы применять
трансформатор, который бы много весил и был бы некомпактный по размеру .
Но благодаря тому, что с ростом частоты тока питания трансформатора для
образования такого же магнитного потока понадобится меньшее число
витков с меньшим сечением примененного магнитопровода, БП, созданные с
помощью преобразователя, оказываются небольшие и легкие.

Как работает инвертор?

ВЧ модуляцию, можно сделать тремя способами:

частотно-импульсным;
фазо-импульсным;
широтно-импульсным.

На практике применяется последний вариант. Это связано как с простотой исполнения, так и тем, что у ШИМ неизменна коммуникационная частота, в отличие от двух остальных способов модуляции. Структурная схема, описывающая работу контролера, показана ниже.

Структурная схема ШИМ-контролера и осциллограммы основных сигналов

Алгоритм работы устройства следующий:

Генератор задающей частоты формирует серию прямоугольных сигналов, частота которых соответствует опорной. На основе этого сигнала формируется U_П пилообразной формы, поступающее на вход компаратора К_ШИМ. Ко второму входу этого устройства подводится сигнал U_УС, поступающий с регулирующего усилителя. Сформированный этим усилителем сигнал соответствует пропорциональной разности U_П(опорное напряжение) и U_РС(регулирующий сигнал от цепи обратной связи). То есть, управляющий сигнал U_УС, по сути, напряжением рассогласования с уровнем, зависящим как от тока на грузке, так и напряжению на ней (U_OUT).

Данный способ реализации позволяет организовать замкнутую цепь, которая позволяет управлять напряжением на выходе, то есть, по сути, мы говорим о линейно-дискретном функциональном узле. На его выходе формируются импульсы, с длительностью, зависящей от разницы между опорным и управляющим сигналом. На его основе создается напряжение, для управления ключевым транзистором инвертора.

Процесс стабилизации напряжения на выходе производится путем отслеживания его уровня, при его изменении пропорционально меняется напряжение регулирующего сигнала U_РС, что приводит к увеличению или уменьшению длительности между импульсами.

В результате происходит изменение мощности вторичных цепей, благодаря чему обеспечивается стабилизация напряжения на выходе.

Если сравнивать аналоговые и импульсные устройства одинаковой мощности, то у последних будут следующие преимущества:

Небольшие размеры и вес, за счет отсутствия низкочастотного понижающего трансформатора и управляющих элементов, требующих отвода тепла при помощи больших радиаторов. Благодаря применению технологии преобразования высокочастотных сигналов можно уменьшить емкость конденсаторов, используемых в фильтрах, что позволяет устанавливать элементы меньших габаритов.
Более высокий КПД, поскольку основные потери вызывают только переходные процессы, в то время как в аналоговых схемам много энергии постоянно теряется при электромагнитном преобразовании. Результат говорит сам за себя, увеличение КПД до 95-98%.
Меньшая стоимость за счет применения мене мощных полупроводниковых элементов.
Более широкий диапазон входного напряжения. Такой тип оборудования не требователен к частоте и амплитуде, следовательно, допускается подключение к различным по стандарту сетям.
Наличие надежной защиты от КЗ, превышения нагрузки и других нештатных ситуаций.

К недостаткам импульсной технологии следует отнести:

Наличие ВЧ помех, это является следствием работы высокочастотного преобразователя. Такой фактор требует установки фильтра, подавляющего помехи. К сожалению, его работа не всегда эффективна, что накладывает некоторые ограничения на применение устройств данного типа в высокоточной аппаратуре.

Особые требования к нагрузке, она не должна быть пониженной или повышенной. Как только уровень тока превысит верхний или нижний порог, характеристики напряжения на выходе начнут существенно отличаться от штатных. Как правило, производители (в последнее время даже китайские) предусматривают такие ситуации и устанавливают в свои изделия соответствующую защиту.

Где лучше всего купить блок питания?

В первую очередь рекомендуем три магазина, примерно с равной степенью качества:

JUST, — пожалуй, лучший выбор с точки зрения соотношения цена-качество SSD (и не только). Вполне внятные цены, хотя ассортимент не всегда идеален с точки зрения разнообразия. Ключевое преимущество, — гарантия, которая действительно позволяет в течении 14 дней поменять товар без всяких вопросов, а уж в случае гарантийных проблем магазин встанет на Вашу сторону и поможет решить любые проблемы. Автор сайта пользуется им уже лет 10 минимум (еще со времен, когда они были частью Ultra Electoronics), чего и Вам советует;
OLDI, — один из старейших магазинов на рынке, как компания существует где-то порядка 20 лет. Приличный выбор, средние цены и один из самых удобных сайтов. В общем и целом приятно работать.

Как выбрать качественный блок питания?

Конечно, о блоках питания не так интересно читать, как, например, о видеокартах. Однако, когда в этом появляется необходимость, то на помощь приходят обзоры, обзоры и еще раз обзоры.

Ниже мы дадим некоторые рекомендации, на что стоит обращать внимание при детальном изучении компьютерных «кормильцев». Прежде всего, у вас должна быть определенная степень доверия к конкретному производителю

Наибольшей популярностью в нашей стране пользуются недорогие изделия компаний FSP, Corsair, Hiper, Chieftec, cooler Master, Thermaltake. К категории High-end относятся такие производители, как Enermax, Antec, SeaSonic, be quiet!

Важно не следовать на поводу у «брендовых предрассудков», а обращать внимание на действительно качественный продукт. Ведь неудачи случаются абсолютно у всех производителей

И высококачественные линейки, о которых потом чуть ли не слагают легенды, тоже «случаются» у многих.

8.3 Неэлектрические параметры и характеристики блоков питания

Перечислим основные неэлектрические параметры БП:

размеры ( форм-фактор)
диапазон рабочих температур;
надежность (время наработки на отказ);
уровень шума, создаваемого БП при работе;
частота обращения вентилятора БП;
вес;
длина питательных кабелей;
удобство в использовании;
экологичность;
соответствие государственным и международным стандартам.

8.3.1. Уровень шума

Большинство неэлектрических параметров понятные всем пользователям. Однако остановимся на более актуальных параметрах. Большинство современных блоков питания работают тихо, они имеют уровень шума близко 16 дб. Хотя даже в БП с паспортным уровнем шума 16 дб может быть установленный вентилятор с частотой обращения 2000 об/мин. В этом случае, при нагрузке БП близко 80%, схема управления скоростью обращения вентилятора включит его на максимальные обороты, что приведет к появлению значительного шума, иногда больше чем 30 дб.

8.3.2 Эргономика

Также необходимо уделять внимание удобству и эргономике БП. Использование модульного подключения кабелей питания имеет много преимуществ

Это и более удобное подключение устройств, меньше занятого пространства в корпусе компьютера, что в свою очередь не только удобно, но еще и улучшает охлаждение компонентов компьютера.

Покупая готовый компьютер, пользователи часто не обращают внимание на то, какие кабели и разъемы есть в установленном БП. Однако, когда наступает время «апгрейда», даже самого простого, например, установки еще одного накопителя и жесткого диска, начинаются проблемы из-за банального недостатка свободных разъемов SATA или MOLEX

Кроме того, куча проводов дешевых БП занимают слишком много места, их приходится заматывать в косички с помощью пластиковых стяжек или обычного скотча, чтобы улучшить воздухообмен внутри системного блока. В дорогих БП все проводы перемотаны дополнительной изоляцией с использованием пластмассовых стяжек, что позволяет аккуратно помещать провод внутри корпуса и не мешать охлаждению компьютера.

8.3.3. Вес блока

У БП должен быть большой вес! Несложно догадаться, что в погоне за снижением цены безответственные производители экономят на всем: упрощают схему, уменьшают площадь радиаторов, заменяют качественные и большие конденсаторы на маленькие и дешевые. Качественный блок питания должен ощутимо обременять руку, как минимум, двумя килограммами чистого веса.

8.3.4 Большой гарантийный срок.

Дешевые БП чаще всего не обеспечиваются никакой гарантией, в лучшем случае — от месяца до трех. На более или менее качественные блоки продавец дает фирменную гарантию производителя не менее, чем полгода

Если же вы нашли БП с гарантией на три года и цена вас устраивает, то следует брать однозначно, только не забудьте обратить внимание на мощность. Доступной цена может оказаться лишь по причине малой мощности

8.3.5. Упаковка.

И, в конце концов, упаковка. Чаще всего недорогие блоки питания упакованы, в лучшем случае, в полиэтиленовую пленку. БП с «именем» имеют значительно серьезнейшую упаковку. В яркой картонной коробке с блоком почти всегда есть набор разных креплений, дополнительные аксессуары, например, фигурная решетка для вентилятора, а также диск с дополнительным ПО для управления блоком, если он имеет такую возможность.

Максимальная сила тока на отдельных линиях

Общая мощность блока питания складывается из мощностей, которые он может обеспечить на отдельных линиях питания. Если нагрузка на одну из них превысит допустимый предел, то система потеряет стабильность, даже если суммарная потребляемая мощность будет далека от номинала. Всего (как Вы уже знаете) существуют три линии 12В; 5В и 3.3В; чуть подробнее о них.

12-вольт подается, прежде всего, на мощные потребители электроэнергии – видеокарту и центральный процессор. Блок питания должен обеспечивать на этой линии как можно большую мощность. Для питания высокопроизводительных видеокарт используются две 12-вольтовые линии. Линии с напряжением 5В снабжают питанием материнскую плату, жесткие диски и оптические приводы ПК. Линии на 3.3В, идут только на материнскую плату и обеспечивают питанием оперативную память.

Также стоит сказать, что нагрузка на линии в современных системах, как правило, неравномерна и здесь стоит учитывать, что «тяжелее» всех приходится 12-вольтовому каналу, особенно в конфигурациях с мощными видеокартами, однако про линии 5В/3.3В также забывать не стоит, их суммарный ток не должен превышать 30% от общего тока блока питания.

Блок питания для компьютера: на что обратить внимание при выборе

Покупая блок питания для компьютера, обратите внимание на ряд важных моментов:

производитель;
форм-фактор;
мощность;
сила тока;
сертификат 80 PLUS;
виды и количество разъёмов.

Сейчас о каждом пункте я расскажу подробнее.

Фирмы-производители блоков питания

Блок питания от китайского ноунейма, скорее всего, будет выдавать лишь половину паспортной мощности и сгорит через неделю. Поэтому лучше потратить чуть больше денег и купить что-то от известных, надёжных, проверенных производителей. Лучшие блоки питания выпускают фирмы Antec, AeroCool, be quiet!, Chieftec, Corsair, DeepCool, ENERMAX, FSP, SeaSonic, Thermaltake, ZALMAN.

Форм-фактор

Блоки питания могут иметь различные размеры и конфигурацию элементов. Тем не менее, если вам нужен блок питания для домашнего компьютера, с вероятностью 95% вам нужен блок питания стандарта ATX. Для сборки компактных систем используют блоки других форматов: SFX, TFX или CFX. Узнать о том, какой блок вам подходит, можно в инструкции к корпусу системного блока.

Мощность

Мощность — ключевая характеристика блока питания. Чем больше элементов в вашем ПК и чем они мощнее, тем больше ватт должен выдавать блок питания. Для офисного компьютера, скорее всего, хватит и 350-400 Вт, игровой системе с мощными процессором и видеокартой — 600-700 Вт, ну а сверхпроизводительным монстрам с двумя видеоадаптерами и 900 Вт может быть мало. Определить мощность, требуемую для конкретного компьютера несложно: просто сложите мощности всех его элементов и для верности прибавьте процентов 15-20.

Сертификат 80 PLUS

Сертификация по стандарту 80 PLUS показывает коэффициент полезного действия блока питания. У обычных моделей без этого сертификата КПД колеблется обычно где-то в районе 70%. То есть, блок питания, способный раздать компонентам ПК 500 ватт, будет потреблять от сети больше 700 ватт! Сертифицированные же по стандарту 80 PLUS блоки питания имеют КПД не ниже 80%, а у БП, отмеченных сертификатами 80 PLUS Platinum и 80 PLUS Titanium КПД достигает 96%. Всего предусмотрено 6 уровней сертификации: обычный 80 PLUS, 80 PLUS Bronze, 80 PLUS Silver, 80 PLUS Gold, 80 PLUS Platinum и 80 PLUS Titanium. Чем выше «ранг» вашего БП, тем лучше.

Сила тока

Компьютерный блок питания подаёт напряжение по трём линиям:

линия 3,3 В питает материнскую плату, оперативную память и прочую системную логику;
линия 5 В отвечает за жёсткие диски и прочие IDE, SATA и PCI-устройства;
по линии 12 В питаются самые энергозатратные элементы компьютера: процессор и видеокарта.

Последняя линия всегда самая загруженная, поэтому при выборе блока питания именно ей нужно уделять максимальное внимание: силы тока должно хватать и для процессора, и для видеокарты

Виды и количество разъёмов

Современные блоки питания имеют стандартизированные разъёмы и кабели, причём у модульных БП лишние кабели можно просто отключить, чтобы они не болтались в корпусе

Обратить внимание здесь стоит на пару важных моментов:

питание материнской платы. Оно может идти через 20-пиновый разъём (на старых моделях), через разъём на 24 контакта или в формате «20+4». Последний вариант предпочтительней, так как подходит и к новым, и к старым материнским платам.
питание видеокарты. Мощные современные видеокарты требуют дополнительного питания через разъемы на 6 или 8 контактов

Если собираете игровой ПК, обратите внимание, чтобы видеокарту было через что питать.
прочие кабели. К ним относятся, например, IDE и SATA-кабели питания для жёстких дисков и прочей периферии

Обычно их достаточно у любого блока питания, но если в вашем ПК много разнообразной начинки, обратите внимание на количество и длину кабелей.

Запуск и настройка инвертора

После травления плат начните сборку элементов, начиная от самых маленьких до самых больших. Необходимо припаять все компоненты, кроме дросселя L5. После завершения сборки и проверки платы установите потенциометр PR1 в крайнее левое положение и подключите сетевое напряжение к разъему INPUT 220 В. На конденсаторе C1 должно присутствовать напряжение 18 В. Если напряжение останавливается примерно на уровне 14 В, это означает проблему управления трансформатором или силовыми транзисторами, то есть короткое замыкание в цепи управления. Владельцы осциллографа могут проверить напряжение на транзисторных затворах. Если контроллер работает правильно, проверьте правильность переключения MOSFET.

После включения питания 12 В и источника питания контроллера на линии +/- 35 В должно появиться +/- 2 В. Такое дело означает, что транзисторы контролируются должным образом, поочередно. Если лампочка на блоке питания 12 В была включена и на выходе не было напряжения, это означало бы, что оба силовых транзистора открываются одновременно. В этом случае управляющий трансформатор должен быть отсоединен, а провода одной из вторичных обмоток трансформатора должны быть поменяны. Далее припаять трансформатор назад и повторить попытку с источником питания 12 В и лампой.
Если тест пройдет успешно и получим на выходе +/- 2 В, можно отключить источник питания лампы и припаять индуктивность L5. С этого момента инвертор должен работать от сети 220 В через лампу на 60 Вт. После подключения к сети лампочка должна кратковременно мигнуть и немедленно полностью отключиться. На выходе должно появиться +/- 35 и +/- 12 В (или другое напряжение в зависимости от соотношения оборотов трансформатора).

Загрузить их небольшой мощностью (например от электронной нагрузки) для тестирования и лампочка на входе начнет немного светиться. После этого теста нужно переключить инвертор непосредственно на сеть, а на линию +/- 35 В подключить нагрузку с сопротивлением около 20 Ом для проверки мощности. PR1 следует отрегулировать так, чтоб инвертор не отключается после зарядки нагревателя. Когда инвертор начнет нагреваться, вы можете проверить падение напряжения на линии +/- 35 В и рассчитать выходную мощность. Для проверки силовой мощности инвертора достаточно 5-10-минутного теста. За это время все компоненты инвертора смогут нагреться до их номинальной температуры. Стоит измерить температуру радиатора MOSFET, она не должна превышать 60C при температуре окружающей среды 25C. Наконец, необходимо нагрузить инвертор усилителем и установить потенциометр PR1 как можно больше влево, но чтобы инвертор не выключался.

Схема блока питания компьютера