Несколько линий +12В в блоке питания — чем это хорошо и чем это плохо?
В большинстве производимых и продаваемых блоков питания для настольных компьютеров и серверов заявленные «несколько +12В линий» подключены к одному источнику напряжения +12В и разделены на несколько выходов, с ограничением по выходному току каждый (Для лучшего понимания написанного в этом FAQ также рекомендуем ознакомиться со статьёй «Технологии защиты в ATX-блоках питания»). Самостоятельно опознать, сколько линий в том или ином БП можно по его этикетке — если линий больше одной, то максимальная нагрузка в амперах отдельно указана для каждой цепи +12В, которые обозначаются как «+12V1, +12V2 и т.п.». Собственно выходные линии по английски именуются «rails», и, соответственно, БП с одной выходной линией будет называть «single rail PSU», а с несколькими — «multiple rails PSU».
БП с одной линией +12В
БП с несколькими линиями +12В
Существуют несколько моделей БП, которые на самом деле имеют два источника напряжения +12В, но это, как правило, БП очень большой мощности (от 1000Вт). И в большинстве случаев, эти два выхода снова делятся на четыре, пять или шесть линий по соображениям безопасности. (А вот, например, у Thermaltake Toughpower TP-1200M не делятся, и это не есть так уж плохо, о чём дальше и пойдёт речь) В некоторых ещё более редких случаях две изначальных линии +12В могут быть объединены в один мощный выход.
Так зачем на самом деле надо разделять линии +12В?
Безопасность. По той же причине в домах, как правило, больше одного выключателя-предохранителя (получивших народное название «пакетники»). Конечная — цель ограничить ток по одной цепи величиной в 20A, чтобы температура несущего его проводника не стала опасной. Защита от короткого замыкания срабатывает только при практически полном отсутствии сопротивления в закороченной цепи (т.е. например, когда оголённый провод попадает на «массу»), а в более сложных случаях, когда замыкание происходит на печатной плате или в электродвигателе, сопротивление в цепи остаётся достаточным, чтобы не сработала защита от короткого замыкания. В таком случае возникает очень большая нагрузка на цепь и быстрый рост силы тока в проводниках приводит, в первую очередь, к расплавлению изоляции и в дальнейшем — к пожару. Ограничение по току в каждой линии снимает эту проблему, т.е. вот чем объясняется необходимость деления выходов на отдельные линии с индивидуальными ограничителями.
Правда ли, что в некоторых БП с заявленными множественными линиями +12В не происходит никакого разделения линий вообще?
Да, это так. К счастью, это исключение из правил, а не норма. Делается это для сокращения расходов на разработку и производство. Зачем при этом заявляется что линий несколько — чтобы до конца соответствовать спецификации ATX12V, потому что в остальных характеристиках она соблюдается.
Почему такие БП остаются на рынке, а производители не имеют проблем с их сертификацией?
Да, потому что корпорация Intel недавно удалила требование разделения линий +12В из спецификации, но не стала широко анонсировать этот факт. Там лишь поменяли «требуется» на «рекомендуется», оставив производителей слегка озадаченными.
Даёт ли разделение линий +12В «чистые и более стабильные напряжения»?
Правда в том, что маркетологи постоянно подчёркивают этот факт, но обычно это не так, просто такое утверждение кажется более благозвучным, чем «Это БП вряд ли вызовет возгорание». А поскольку, как уже говорилось выше, все линии в большинстве случаев берут начало от одного источника, и при этом никакой дополнительной фильтрации не производится, то напряжения остаются такими же, если бы даже никакого деления не было.
Почему некоторые люди берутся утверждать, что БП с единым выходом +12В лучше? (просто замечательный пример — Corsair CMPSU-1200AXEU)
Было несколько компаний, производивших БП с четырьмя линиями 12В, которые в теории должны были выдавать более чем достаточный ток для high-end игровой станции и наткнувшихся на массу проблем. Делая БП в соответствии с серверной спецификацией EPS12V, все PCI-E 6-pin коннекторы выводились из общих линий +12В с нагрузочной способностью 18A, вместо отдельной. Эта линия легко перегружалась двумя мощными видеокартами вместе с другими возможными потребителями, что приводило к отключению ПК. Вместо «цивилизованного» решения проблемы эти производители вообще отказались от деления +12В выходов. Сейчас БП «для энтузиастов» с несколькими линиями +12В имеют либо завышенную максимальную нагрузочную способностью линии, предназначенную для PCI-E коннекторов (и больше ничего к ней не подключается), либо две такие линии распределяются по четырём или даже шести коннекторам. А сертификация БП для SLI в любом случае требует наличия минимум отдельной линии +12В для PCI-E коннекторов. Сделать БП с разделением линий стоит на 1,5 — 3 доллара США дороже для производителя, и в большинстве случаев эта сумма не перекладывается на покупателя, что уже принуждает маркетологов выдвигать теории, что БП с без разделения линий +12В ничем не хуже и даже лучше. Но тем не менее, встречаются утверждения, что, например, БП с одной линией +12В лучше пригодны для оверклокинга и т.п. Но это больше похоже на плацебо-эффект, возникший из-за того, что, например, их предыдущий БП был неисправен, был недостаточно мощным или нагрузка была неправильно распределена по линиям.
Так получается, что у БП с распределением нагрузки +12В по нескольким линиям нет каких-то специфических недостатков?
- 2 x 12В линии, пример — Antec EarthWatts EA-380D Green Это оригинальная спецификация ATX12V для деления +12В линий. Одна — для процессора, другая — для всего остального . Очень маловероятно, что в число «всего остального» сможет уместиться современная high-end видеокарта с высоким энергопотреблением. Такое деление можно было увидеть только на БП мощностью меньше 600Вт.
- 3 x 12В линии, пример — INWIN POWER MAN IP-S550AQ3 Модифицирования спецификация ATX12V с учётом использования PCI-E коннекторов для питания видеокарт. Одна линия на процессор, одна — для PCI-E коннекторов и третья — для всего остального. Прекрасно работает даже с некоторым SLI-конфигурациями, но не рекомендуется для двух видеокарт, требующих четыре PCI-E коннектора в сумме.
- 4 x 12В линии (EPS12V), пример — Delta DPS-670DB В оригинале такая конфигурация требовалась спецификацией EPS12V. Поскольку типичные применения таких БП подразумевают их использование в двухпроцессорных системах, две линии +12В предназначены исключительно для питания процессоров через 8-pin коннекторы. Всё остальное, включая накопители и видеокарты, приходится на две оставшиеся линии. В настоящее время nVidia не сертифицирует такие БП для SLI, поскольку отдельной +12В линии для видеокарт в таких БП нет. В сегменте БП, не предназначенных для серверов таких БП больше не будет, несколько 700-850Вт моделей, сделанных по такой архитектуре для рынка игровых ПК, уже сняты с производства.
- 4 x 12В линии (Наиболее популярная раскладка в сегменте «ПК для энтузиастов»), пример — FSP HEXA 550 «Модернизированный» ATX12V, похожий на 3 x 12В, кроме того факта, что от двух до шести PCI-E коннекторов распределены между двумя дополнительными линиями +12В. Такая схема наиболее часто встречается в БП мощностью от 700 до 1000Ватт, хотя при мощности 800Ватт и более на некоторые из линий могут приходиться гораздо больше, чем 20Ампер, что не совсем стандартно, но, похоже, уже стало общепринятой практикой, пример — Antec High Current Pro HCP-750
- 5 x 12В линий, например — Hiper M900 Такие БП можно назвать гибридом EPS12V/ATX12V. Два процессора с собственными линиями питания, также две линии достаются PCI-E коннекторам. Мощность таких БП обычно составляет от 850 до 1000Ватт.
- 6 x 12В линий, пример — Antec TruePower Quattro TPQ-1200 Наиболее привлекательный и универсальный вариант, поскольку он, соответствуя требованиям спецификации EPS12V может иметь четыре-шесть PCI-E коннекторов без превышения тока в 20A ни по одной из линий (хотя на практике это ограничение, как вы уже видели, трактуется весьма вольно). Две линии достаются процессорам, две — видеокартам, две — всему остальному. Такую конфигурацию можно увидеть в БП мощностью 1000Ватт и более.
В качестве вывода можно заметить тот факт, что 99% пользователей никогда не задумаются о том, общую или раздельные линии +12В имеет их БП. Возможно, маркетологи и далее будут расхваливать достоинства обоих вариантов, а критерии для покупки БП все равно останутся прежними:
- Достаточная мощность для выбранной конфигурации.
- Достаточное количество подходящих коннекторов для выбранной конфигурации.
- Сертификация SLI или CrossFire при использовании соотвествующей MultiGPU конфигурации.
Cookies на сайте bequiet.com.
bequiet.com использует файлы cookie (включая таковые третьих лиц) для сбора информации об использовании данного веб-сайта его посетителями. Эти файлы cookie помогают нам максимально улучшить работу нашего веб-сайта, постоянно совершенствовать его и предоставлять содержимое, предназначенное именно для вас. Нажав кнопку «Принять все cookie», вы соглашаетесь с использованием всех файлов cookie. Нажав кнопку «Принять только технические cookie», вы соглашаетесь с использованием только технических необходимых файлов cookie. Для получения дополнительной информации об использовании файлов cookie или для изменения настроек выберите «Информация об использовании файлов cookie».
Принять все cookie
- Дополнительная информация
- Конфиденциальность
- Общие условия
Напряжение с блока питания компьютера, как взять 12 вольт
В современном мире существует множество различных устройств, требующих подключения к электросети. Для некоторых из них требуется определенный блок питания. Напряжение и сила тока играют важную роль в функционировании любого электроприбора. В сегодняшней статье я хочу рассказать о том, как взять напряжение с блока питания компьютера и каким образом можно получить 12 Вольт.
Какое напряжение с блока питания компьютера можно получить
Вы, наверное, сами прекрасно понимаете, что системный блок ПК – это комплекс устройств позволяющих системе работать. Каждое из них требует подключения к электрической сети. Но вот для определенного оборудования оно может быть разным. Допустим, большинство вентиляторов работают от 5 Вольт при силе тока в 0.1 Ампер. Для других устройств требуются другие значения. Именно для обеспечения работы всех комплектующих имеется блок питания компьютера. Он преобразует напряжение и обеспечивает каждое изделие необходимым током. Если мы рассмотрим БП компьютера, то увидим, что в нем имеется огромное количество проводов и портов для подключения. Они имеют свои цвета, и это не просто так. На боковой или задней стенке корпуса блока питания имеется табличка, на которой указана вся необходимая информация.
Читайте также: Как правильно покрасить дверь: основные советы
Разбираемся с маркировкой
Взгляните на картинку. Там указано, что оранжевый провод (orange) имеет исходящее напряжение в +3.3V, желтый (yellow) — +12V, красный (red) — +5V и так далее. Кроме этого, есть пометка о силе тока. Черный провод в большинстве случаев является общим (минусом или «земля»). Исходя из полученной информации, можно понять, что получить нужное напряжение с блока питания, даже работающего, совсем не сложно.
Учитывайте, что блок питания запускается замыканием проводов GND (минус) и PWR SW. Работает до тех пор, пока данные цепи замкнуты! То есть, разъемы будут работать только тогда, когда блок питания подаст напряжение.
Для чего может понадобиться напряжение с блока питания компьютера
Вы спросите, а зачем вообще это нужно? Расскажу на своем опыте. Мне в руки попался монитор, работающий от 12 Вольт, однако кабеля подключения к электросети у меня не было. Имеющиеся блочки от других устройств не подходили по силе тока или по напряжению. Монитор нужно было проверить в течение дня, а отправиться на поиски нужного зарядного, не было ни времени, ни желания. Взяв 12 Вольт с желтого провода на молексе БК питания компьютера, мне удалось включить монитор. Оказалось, что это вполне удобно. Не нужно искать лишнюю розетку, а сам экран запускается вместе с системным блоком. Спустя год у меня все так и работает.
Существует еще целый ряд возможностей, которые дает напряжение с блока питания компьютера.
Так стоп. Вы всё ещё не подписаны на наши каналы в ТГ и Дзен? Вот каналы: ТГ — (https://t.me/allremont59ru) и Дзен (https://dzen.ru/1postroyka)
- Многие мастера из БП ПК делают блок питания для шуруповерта и других электроинструментов.
- Существует возможность переделать блок питания ПК под автомобильное зарядное для аккумуляторов.
- Вы всегда можете зарядить любое устройство, выбрав нужное напряжение. Согласитесь, ведь часто бывает так, что оригинальные блоки выходят из строя в самый неподходящий момент.
- Можно запитать диодную ленту или любой другой осветительный прибор, требующий небольшое напряжение.
Читайте также: Что делать, если выбивает автомат. Причины и способы устранения проблем
Как взять 12 вольт с блока питания компьютера
Как вы уже поняли, взять напряжение с блока питания компьютера достаточно просто. Вам необходимо лишь подключить устройство к желтому проводу (плюс) и черному (минус). Только будьте внимательны и не перепутайте полярность, иначе ваше устройство, скорее всего, выйдет из строя. Опять же повторюсь, не забывайте о том, что блок питание подаст напряжение на провода только тогда, когда он будет запущен. Если вы работаете с демонтированным БП ПК, который изъят из корпуса, то необходимо запустить устройство путем замыкания проводов GND (минус) и PWR SW.
Если вы еще не знакомы со статьей моего коллеги «Варрам — робот для вашего питомца», то прочесть её можно нажав сюда.
Немного информации в помощь
Для того, чтобы вам было легче понять, какое напряжение с блока питания вы получите, я составил небольшую таблицу. Пользоваться ей нужно по такому принципу: положительное напряжение + ноль =итог.
| Положительное | Ноль | Итог |
| +12V | 0V | +12V |
| +5V | -5V | +10V |
| +12V | +3,3V | +8,7V |
| +3,3V | -5V | +8,3V |
| +12V | +5V | +7V |
| +5V | 0V | +5V |
| +3,3V | 0V | +3,3V |
| +5V | +3,3V | +1,7V |
| 0V | 0V | 0V |
А вы знаете, что не пропустите ни один наш материал, если оформите подписку? Оформить подписку легко: достаточно лишь ввести свой email в форму под этой статьей и нажать на кнопку «Подписаться на рассылку». И вы всегда будете в курсе наших публикаций!
Надеюсь, сегодняшняя статья была понятна и полезна. Теперь вы знаете, как получить нужное напряжение с блока питания компьютера и каким образом взять 12 Вольт. Однако помните, что обращение с электроприборами требует соблюдения правил техники безопасности. В случае, если вы не уверены в своих знаниях, лучше попросить помощи у профессионала.
Как устроен блок питания, который работает в каждом системнике
Блок питания извлечён из корпуса. Пучок проводов слева подключается к компьютеру. Большой компонент посередине типа трансформатора — это фильтрующий индуктор. Кликабельно, как и все фотографии в статье
Вы когда-нибудь задумывались, что находится внутри блока питания (БП) вашего компьютера? Задача БП — преобразовать питание из сети (120 или 240 В переменного тока, AC) в стабильное питание постоянного, то есть однонаправленного тока (DC), который нужен вашему компьютеру. БП должен быть компактным и дешёвым, при этом эффективно и безопасно преобразовывать ток. Для этих целей при изготовлении используются различные методы, а сами БП внутри устроены гораздо сложнее, чем вы думаете.
В этой статье мы разберём блок стандарта ATX и объясним, как он работает 1 .
Как и в большинстве современных БП, в нашем используется конструкция, известная как «импульсный блок питания» (ИБП). Это сейчас они очень дёшевы, но так было не всегда. В 1950-е годы сложные и дорогие ИБП использовались разве что в ракетах и космических спутниках с критическими требованиями к размеру и весу. Однако к началу 1970-х новые высоковольтные транзисторы и другие технологические усовершенствования значительно удешевили ИБП, так что их стали широко использовать в компьютерах. Сегодня вы можете за несколько долларов купить зарядное устройство для телефона с ИБП внутри.
Наш ИБП формата ATX упакован в металлический корпус размером с кирпич, из которого выходит множество разноцветных кабелей. Внутри корпуса мы видим плотно упакованные компоненты. Инженеры-конструкторы явно были озабочены проблемой компактности устройства. Многие компоненты накрыты радиаторами. Они охлаждают силовые полупроводники. То же самое для всего БП делает встроенный вентилятор. На КДПВ он справа.
Начнём с краткого обзора, как работает ИБП, а затем подробно опишем компоненты. Своеобразный «конвейер» на фотографии организован справа налево. Справа ИБП получает переменный ток. Входной переменный ток преобразуется в высоковольтный постоянный ток с помощью нескольких крупных фильтрующих компонентов. Этот постоянный ток включается и выключается тысячи раз в секунду для генерации импульсов, которые подаются в трансформатор. Тот преобразует высоковольтные импульсы в сильноточные низковольтные. Эти импульсы преобразуются в постоянный ток и фильтруются, чтобы обеспечить хорошее, чистое питание. Оно подаётся на материнскую плату, накопители и дисководы через кабели на фотографии слева.
Хотя процесс может показаться чрезмерно сложным, но большинство бытовой электроники от мобильника до телевизора на самом деле питаются через ИБП. Высокочастотный ток позволяет сделать маленький, лёгкий трансформатор. Кроме того, импульсные БП очень эффективны. Импульсы настраиваются таким образом, чтобы обеспечить только необходимую мощность, а не превращать избыточную мощность в отработанное тепло, как в линейном БП.
Входная фильтрация шума
Первым делом входной переменный ток проходит через цепь входного фильтра, которая фильтрует электрический шум, то есть беспорядочные изменения электрического тока, ухудшающие качество сигнала.
Фильтр ниже состоит из индукторов (тороидальных катушек) и конденсаторов. Квадратные серые конденсаторы — специальные компоненты класса X для безопасного подключения к линиям переменного тока.
Компоненты входного фильтра
Преобразование AC/DC
Переменный ток с частотой 60 герц в сети меняет своё направление 60 раз в секунду (AC), но компьютеру нужен постоянный ток в одном направлении (DC). Полномостовой выпрямитель на фотографии ниже преобразует переменный ток в постоянный. Выходы постоянного тока на выпрямителе отмечены знаками ? и + , а переменный ток входит через два центральных контакта, которые постоянно меняют свою полярность. Внутри выпрямителя — четыре диода. Диод позволяет току проходить в одном направлении и блокирует его в другом направлении, поэтому в результате переменный ток преобразуется в постоянный ток, протекающий в нужном направлении.
На мостовом выпрямителе видна маркировка GBU606. Цепь фильтра находится слева от выпрямителя. Большой чёрный конденсатор справа — один из удвоителей напряжения. Маленький жёлтый конденсатор — это специальный керамический Y-конденсатор, который защищает от всплесков напряжения
Ниже — две схемы, как работает мостовой выпрямитель. На первой схеме у верхнего входа переменного тока положительная полярность. Диоды пропускают поток на выход DC. На второй схеме входы переменного тока поменяли полярность, как это происходит постоянно в AC. Однако конфигурация диодов гарантирует, что выходной ток остаётся неизменным (плюс всегда сверху). Конденсаторы сглаживают выход.
На двух схемах показан поток тока при колебаниях входного сигнала AC. Четыре диода заставляют ток течь в направлении по стрелке
Современные БП принимают «универсальное» входное напряжение от 85 до 264 вольт переменного тока, поэтому могут использоваться в разных странах независимо от напряжения в местной сети. Однако схема этого старого БП не могла справиться с таким широким диапазоном. Поэтому предусмотрен переключатель для выбора 115 или 230 В.
Переключатель 115/230 В
Переключатель использует умную схему с удвоителем напряжения. Идея в том, что при закрытом переключателе (на 115 В) вход AC обходит два нижних диода в мостовом выпрямителе, а вместо этого подключается непосредственно к двум конденсаторам. Когда «плюс» на верхнем входе AC, полное напряжение получает верхний конденсатор. А когда «плюс» снизу, то нижний. Поскольку выход DC идёт с обоих конденсаторов, на выходе всегда получается двойное напряжение. Дело в том, что остальная часть БП получает одинаковое напряжение независимо от того, на входе 115 или 230 В, что упрощает его конструкцию. Недостаток удвоителя в том, что пользователь обязан установить переключатель в правильное положение, иначе рискует повредить БП, а для самого БП требуются два больших конденсатора. Поэтому в современных БП удвоитель напряжения вышел из моды.
Схема удвоителя напряжения. Каждый конденсатор получает полный вольтаж, поэтому на выходе DC двойное напряжение. Серые диоды не используются в работе удвоителя
Две стороны БП
В целях безопасности высоковольтные и низковольтные компоненты разделены механически и электрически, см. фотографию ниже. На основной стороне находятся все цепи, которые подключаются к сети AC. На вторичной стороне — низковольтные цепи. Две стороны разделены «пограничной изоляцией», которая отмечена зелёным пунктиром на фотографии. Через границу не проходит никаких электрических соединений. Трансформаторы пропускают энергию через эту границу через магнитные поля без прямого электрического соединения. Сигналы обратной связи передаются на основную сторону с помощью оптоизоляторов, то есть световыми импульсами. Это разделение является ключевым фактором в безопасной конструкции: прямое электрическое соединение между линией AC и выходом БП создаёт опасность удара электрическим током.
Источник питания с маркировкой основных элементов. Радиаторы, конденсаторы, плата управления и выходные кабели удалены ради лучшего обзора (SB означает источник резервного питания, standby supply)
Импульсы к трансформатору
К этому моменту входной переменный ток преобразован в высоковольтный постоянный ток около 320 В 2 . Постоянный ток нарезается на импульсы переключающим (импульсным) транзистором ( switching transistor на схеме выше). Это силовой МОП-транзистор (MOSFET) 3 . Поскольку во время использования он нагревается, то установлен на большом радиаторе. Импульсы подаются в главный трансформатор, который в некотором смысле является сердцем БП.
Трансформатор состоит из нескольких катушек проволоки, намотанных на намагничиваемый сердечник. Высоковольтные импульсы, поступающие в первичную обмотку трансформатора, создают магнитное поле. Сердечник направляет это магнитное поле на другие, вторичные обмотки, создавая в них напряжение. Так ИБП безопасно вырабатывает выходной ток: между двумя сторонами трансформатора нет электрического соединения, только соединение через магнитное поле. Другим важным аспектом является то, что в первичной обмотке много оборотов проволоки вокруг сердечника, а на вторичных контурах гораздо меньше. В результате получается понижающий трансформатор: выходное напряжение намного меньше входного, но при гораздо большем вольтаже.
Переключающий транзистор 3 управляется интегральной схемой под названием «ШИМ-контроллер режима тока UC3842B». Этот чип можно считать мозгом БП. Он генерирует импульсы на высокой частоте 250 килогерц. Ширина каждого импульса регулируется для обеспечения необходимого выходного напряжения: если напряжение начинает падать, чип производит более широкие импульсы, чтобы пропускать больше энергии через трансформатор 4 .
Вторичная сторона
Теперь можно посмотреть на вторую, низковольтную часть БП. Вторичная схема производит четыре выходных напряжения: 5, 12, ?12 и 3,3 вольта. Для каждого выходного напряжения отдельная обмотка трансформатора и отдельная схема для получения этого тока. Силовые диоды (ниже) преобразуют выходы трансформатора в постоянный ток. Затем индукторы и конденсаторы фильтруют выход от всплесков напряжения. БП должен регулировать выходное напряжение, чтобы поддерживать его на должном уровне даже при увеличении или уменьшении нагрузки. Интересно, что в БП используется несколько различных методов регулирования.
Крупным планом показаны выходные диоды. Слева вертикально установлены цилиндрические диоды. В центре — пары прямоугольных силовых диодов Шоттки, в каждом корпусе по два диода. Эти диоды прикреплены к радиатору для охлаждения. Справа обратите внимание на два медных провода в форме скоб. Они используются в качестве резисторов для измерения тока
Основными являются выходы 5 и 12 В. Они регулируются одной микросхемой контроллера на основной стороне. Если напряжение слишком низкое, микросхема увеличивает ширину импульсов, пропуская больше мощности через трансформатор и увеличивая напряжение на вторичной стороне БП. А если напряжение слишком высокое, чип уменьшает ширину импульса. Примечание: одна и та же схема обратной связи управляет выходами на 5 и 12 В, поэтому нагрузка на одном выходе может изменять напряжение на другом. В более качественных БП два выхода регулируются по отдельности 5 .
Нижняя сторона печатной платы. Обратите внимание на большое расстояние между цепями основной и вторичной сторон БП. Также обратите внимание, какие широкие металлические дорожки на основной стороне БП для тока высокого напряжения и какие тонкие дорожки для схем управления
Вы можете задать вопрос, как микросхема контроллера на основной стороне получает обратную связь об уровнях напряжения на вторичной стороне, поскольку между ними нет электрического соединения (на фотографии виден широкий зазор). Трюк в использовании хитроумной микросхемы под названием оптоизолятор. Внутри чипа на одной стороне чипа инфракрасный светодиод, на другой светочувствительный фототранзистор. Сигнал обратной связи подаётся на LED и детектируется фототранзистором на другой стороне. Таким образом оптоизолятор обеспечивает мост между вторичной и первичной сторонами, передавая информацию светом, а не электричеством 6 .
Источник питания также обеспечивает отрицательное выходное напряжение (?12 В). Это напряжение в основном устарело, но использовалось для питания последовательных портов и слотов PCI. Регулирование питания ?12 В кардинально отличается от регулирования +5 и +12 В. Выход ?12 В управляется стабилитроном (диодом Зенера) — это специальный тип диода, который блокирует обратный ток до определённого уровня напряжения, а затем начинает проводить его. Избыточное напряжение рассеивается в виде тепла через силовой резистор (розовый) под управлением транзистора и стабилитрона (поскольку этот подход расходует энергию впустую, современные высокоэффективные БП не используют такой метод регулирования).
Питание ?12 В регулируется крошечным стабилитроном ZD6 длиной около 3,6 мм на нижней стороне печатной платы. Соответствующий силовой резистор и транзистор A1015 находятся на верхней стороне платы
Пожалуй, наиболее интересной схемой регулирования является выход 3,3 В, который регулируется магнитным усилителем. Магнитный усилитель — это индуктор с особыми магнитными свойствами, которые заставляют его работать как ключ (переключатель). Когда ток подаётся в индуктор магнитного усилителя, то сначала он почти полностью блокирует ток, поскольку индуктор намагничивается и магнитное поле увеличивается. Когда индуктор достигает полной намагниченности (то есть насыщается), его поведение внезапно меняется — и индуктор позволяет частицам течь беспрепятственно. Магнитный усилитель в БП получает импульсы от трансформатора. Индуктор блокирует переменную часть импульса. Выход 3,3 В регулируется изменением ширины импульса 7 .
Магнитный усилитель представляет собой кольцо из ферритового материала с особыми магнитными свойствами. Вокруг кольца намотано несколько витков проволоки
Управляющая плата
В блоке питания есть небольшая плата, на которой размещена схема управления. Эта плата сравнивает напряжение с эталонным, чтобы генерировать сигналы обратной связи. Она отслеживает вольтаж также для того, чтобы генерировать сигнал «питание в норме» (power good). Схема установлена на отдельной перпендикулярной плате, поэтому не занимает много места в БП.
Основные компоненты установлены на верхней стороне платы со сквозными отверстиями, а нижняя сторона покрыта крошечными SMD-компонентами, которые нанесены путём поверхностного монтажа. Обратите внимание на резисторы с нулевым сопротивлением в качестве перемычек
Источник резервного питания
В БП есть ещё вторая цепь — для резервного питания 9 . Даже когда компьютер формально «выключен», пятивольтовый источник резервного питания обеспечивает ему мощность 10 Вт для функций, которые продолжают работать: часы реального времени, функция пробуждения по локальной сети и др. Цепь резервного питания является почти независимым БП: она использует отдельную управляющую микросхему, отдельный трансформатор и отдельные компоненты на вторичной стороне DC, но те же самые компоненты на основной стороне AC. Эта система гораздо меньшей мощности, поэтому в цепи трансформатор меньшего размера.
Чёрно-жёлтые трансформаторы: трансформатор для резервного питания находится слева, а основной трансформатор — справа. Перед ним установлена микросхема для управления резервным питанием. Большой цилиндрический конденсатор справа — компонент удвоителя напряжения. Белые капли — это силикон, который изолирует компоненты и удерживает их на месте
Вывод
Блок питания ATX сложно устроен внутри, с множеством компонентов, от массивных индукторов и конденсаторов до крошечных компонентов поверхностного монтажа 10 . Однако эта сложность позволяет выпускать эффективные, маленькие и безопасные БП. Для сравнения, я когда-то писал о блоке питания 1940-х годов, который выдавал всего 85 ватт мощности, но был размером с чемодан, весил 50 кг и стоил сумасшедшие деньги. В наше время с продвинутыми полупроводниками делают гораздо более мощные БП дешевле 50 долларов, и такое устройство поместится у вас в руке.
Блок питания REC-30 для телетайпа Model 19 (ВМФ США) 1940-х годов
Я уже писал о БП, включая историю блоков питания в IEEE Spectrum. Вам также могут понравиться детальные разборы зарядного устройства Macbook и зарядного устройства iPhone.
Примечания и ссылки
1 Intel представила стандарт ATX для персональных компьютеров в 1995 году. Стандарт ATX (с некоторыми обновлениями) по-прежнему определяет конфигурацию материнской платы, корпуса и блока питания большинства настольных компьютеров. Здесь мы изучаем блок питания 2005 года, а современные БП более продвинутые и эффективные. Основные принципы те же, но есть некоторые изменения. Например, вместо магнитных усилителей почти везде используют преобразователи DC/DC.
Этикетка на блоке питания
На этикетке БП указано, что он изготовлен компанией Bestec для настольного компьютера Hewlett-Packard Dx5150. Этот БП слегка не соответствует формату ATX, он более вытянут в длину. [вернуться]
2 Вы можете задать вопрос, почему AC напряжением 230 В преобразуется в постоянный ток 320 В. Причина в том, что напряжение переменного тока обычно измеряется как среднеквадратичное, которое в каком-то смысле усредняет изменяющуюся форму волны. По факту в 230-вольтовом сигнале AC есть пики до 320 вольт. Конденсаторы БП заряжаются через диоды до пикового напряжения, поэтому постоянный ток составляет примерно 320 вольт (хотя немного провисает в течение цикла). [вернуться]
3 Силовой транзистор представляет собой силовой МОП-транзистор FQA9N90C. Он выдерживает 9 ампер и 900 вольт. [вернуться]
4 Интегральная схема питается от отдельной обмотки на трансформаторе, которая выдаёт 34 вольта для её работы. Налицо проблема курицы и яйца: управляющая микросхема создаёт импульсы для трансформатора, но трансформатор питает управляющую микросхему. Решение — специальная цепь запуска с резистором 100 kΩ между микросхемой и высоковольтным током. Она обеспечивает небольшой ток для запуска микросхемы. Как только чип начинает отправлять импульсы на трансформатор, то питается уже от него. [вернуться]
5 Метод использования одного контура регулирования для двух выходов называется перекрёстным регулированием. Если нагрузка на одном выходе намного выше другого, напряжения могут отклоняться от своих значений. Поэтому во многих БП есть минимальные требования к нагрузке на каждом выходе. Более продвинутые БП используют DC/DC преобразователи для всех выходов, чтобы контролировать точность напряжения. Дополнительные сведения о перекрёстном регулировании см. в этих двух презентациях. Один из обсуждаемых методов — многоуровневая укладка выходных обмоток, как в нашем БП. В частности, 12-вольтовый выход реализован в виде 7-вольтового выхода поверх 5-вольтового выхода, что даёт 12 вольт. При такой конфигурации ошибка 10% (например) в 12-вольтовой цепи будет составлять всего 0,7 В, а не 1,2 В. [вернуться]
6 Оптоизоляторы представляют собой компоненты PC817, которые обеспечивают 5000 вольт изоляции между сторонами БП (то есть между высокой и низкой сторонами). Обратите внимание на прорезь в печатной плате под оптоизоляторами. Это дополнительная мера безопасности: она гарантирует, что ток высокого напряжения не пройдёт между двумя сторонами оптоизолятора вдоль поверхности печатной платы, например, при наличии загрязнения или конденсата (в частности, прорезь увеличивает расстояние утечки). [вернуться]
7 Ширина импульса через магнитный усилитель устанавливается простой схемой управления. В обратной части каждого импульса индуктор частично размагничивается. Схема управления регулирует напряжение размагничивания. Более высокий вольтаж усиливает размагничивание. Тогда индуктору требуется больше времени для повторного намагничивания, и, таким образом, он дольше блокирует входной импульс. При более коротком импульсе в цепи выходное напряжение уменьшается. И наоборот, более низкое напряжение размагничивания приводит к меньшему размагничиванию, поэтому входной импульс блокируется не так долго. В итоге выходное напряжение регулируется изменением напряжения размагничивания. Обратите внимание, что ширина импульса в магнитном усилителе регулируется управляющей микросхемой. Магнитный усилитель сокращает эти импульсы по мере необходимости при регулировании выходного напряжения 3,3 В. [вернуться]
8 Плата управления содержит несколько микросхем, включая операционный усилитель LM358NA, чип супервизора/сброса TPS3510P, четырёхканальный дифференциальный компаратор LM339N и прецизионный эталон AZ431. Чип супервизора интересный — он специально разработан для БП и контролирует выходное напряжение, чтобы оно было не слишком высоким и не слишком низким. Прецизионный эталон AZ431 — это вариант эталонного чипа TL431, который часто используется в БП для обеспечения опорного (контрольного) напряжения. Я уже писал о TL431. [вернуться]
9 Источник резервного питания использует другую конфигурацию — обратноходовой трансформатор. Здесь установлена управляющая микросхема A6151 с переключающим транзистором, что упрощает конструкцию.
Схема БП с использованием A6151. Она взята из справочника, поэтому не идентична схеме нашего БП, хотя близка к ней
[вернуться]
10 Если хотите изучить подробные схемы различных БП формата ATX, рекомендую сайт Дэна Мельника. Удивительно, сколько существует реализаций БП: различные топологии (полумостовые или прямые), наличие или отсутствие преобразования коэффициента мощности (PFC), разнообразные системы управления, регулирования и мониторинга. Наш БП довольно похож на БП с прямой топологией без PFC, внизу той странички на сайте Дэна. [вернуться]
- Миран
- дата-центр Миран
- miran
- Miran.ru
- ATX
- AC
- DC
- блок питания
- импульсный блок питания
- БП
- ИБП
- линейный БП
- электрический шум
- полномостовой выпрямитель
- мостовой выпрямитель
- UC3842B
- силовые диоды Шоттки
- оптоизолятор
- стабилитрон
- диод Зенера
- магнитный усилитель
- резисторы с нулевым сопротивлением
- расстояние утечки
- якобы выключенный компьютер