Как подключить трансформатор от блока питания компьютера
Обновлено: 06.07.2024
ОБЗОР, ВЫВОДЫ, СХЕМЫ, РУКОВОДСТВА ПО РЕМОНТУ И ДРУГАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Излишне говорить, что напряжение, доступное в настенной розетке, представляет собой плохо регулируемый переменный ток, который во всем мире варьируется от 90 В до 240 В, в то время как для электронных цепей требуется хорошо стабилизированный низковольтный постоянный ток. Вот почему все электронное оборудование, очевидно, нуждается в той или иной форме преобразования энергии и регулирования. В ПК эти функции выполняет блок питания (PSU) - внутреннее устройство, которое преобразует входное переменное напряжение в набор регулируемых постоянных напряжений, необходимых персональному компьютеру.
При этом блок питания также обеспечивает первичную и вторичную безопасную изоляцию. С момента появления IBM PC/XT появилось около дюжины различных типов настольных ПК. Они различаются по своей структуре, форм-факторам, разъемам и номиналам вольт/ампер. Выходная мощность современного компьютерного блока питания колеблется от 185 Вт до нескольких киловатт. Блоки мощностью более 400 Вт используются в основном для серверов, промышленных ПК и для питания настольных ПК с высокопроизводительными видеоприложениями
Традиционный стандартный блок питания ATX генерирует как минимум следующие напряжения постоянного тока: +5 В, +3,3 В, +12 В1. , +12В2, -12В и резервное 5В. У некоторых очень старых моделей может быть и минус 5В. Дополнительные понижающие преобразователи «точки нагрузки» (POL) на материнских платах понижают 12 В до напряжения ядра ЦП и других низких потенциалов, необходимых для внутренних компонентов. Каждая шина БП по идее должна иметь индивидуальное ограничение по току. Это необходимо для соответствия требованиям безопасности 240 ВА IEC 60950 и UL 60950-1. Однако на практике все шины 12 В часто имеют одно комбинированное ограничение тока. Чтобы соответствовать требованиям PCI Express, в компьютерах ATX2 устаревший основной разъем питания 2x10 заменен на 2x12. Дополнительный силовой кабель 2x2 используется для второй шины 12 В. Он поддерживает стабилизатор напряжения процессора. Имеются также разъемы для периферийных устройств, дисковода гибких дисков и последовательного ATA. Блоки питания для высокопроизводительных дискретных графических карт имеют дополнительные разъемы 2x3 или 2x4 для подачи дополнительной мощности на графику, требующую более 75 Вт. Подробную информацию см. в нашем руководстве по распиновке блока питания ATX. Обратите внимание, что некоторые фирменные ПК имеют собственную распиновку блока питания, которая отличается от стандартной схемы ATX.
Чтобы повысить эффективность блока питания ПК и удовлетворить требования к так называемому альтернативному спящему режиму, в 2019 году Intel представила принципиально другой стандарт одноканальной шины ATX12VO. Спецификация ATX12VO заменяет 24-контактный разъем на 10-контактный, обеспечивающий один выход 12 В. Все остальные напряжения, включая 5 В и 3,3 В, будут вырабатываться на материнской плате регуляторами POL. Эта архитектура также значительно снизила стоимость блоков питания, но увеличила стоимость материнских плат, которые теперь должны обеспечивать дополнительные функции преобразования питания.
В современных блоках питания для компьютеров используется технология импульсного режима (подробнее об SMPS). Современные устройства обычно включают в себя «входной» усилитель PFC, за которым следует полумост нисходящего потока или прямой преобразователь (см. Топологии SMPS). Большинство современных моделей соответствуют требованиям ENERGY STAR®. В прошлом это просто означало, что они потребляли 80 % при 20–100 % номинальной нагрузки с коэффициентом мощности >0,9. Позже они добавили бронзовую, серебряную, золотую и платиновую маркировку для более высокого уровня эффективности (до 92%) с коэффициентом мощности до 0,95. Обновленная спецификация настольного компьютера ENERGY STAR версии 5.0 устанавливает аналогичные требования для внутреннего блока питания. Несмотря на новые правила, блоки питания для ПК остаются недорогими: стандартную готовую модель можно купить примерно за 0,10 доллара за ватт. При покупке блока на замену убедитесь, что он соответствует не только его форм-фактору и полезной мощности, но и индивидуальным номиналам тока всех выходов.
Устранение неполадок
Первое, что нужно проверить, если ваш компьютер перестал работать, — это его блок питания. Основными причинами выхода из строя БП являются перегрев, скачки напряжения во входной линии и высохшие электролитические конденсаторы. Все это может привести к катастрофическому выходу из строя одного или нескольких транзисторов или выпрямителей. Это, в свою очередь, обычно размыкает входной предохранитель (см. блок-схему и теорию работы в этом руководстве).
Ниже вы найдете принципиальные схемы, обзоры, распиновку, спецификации и другую полезную информацию для ремонта и электронных проектов.
Блок питания вашего ПК обеспечивает все напряжения, необходимые вашему компьютеру для правильной работы. См. другие изображения компьютерного оборудования.
Если есть какой-либо компонент, который абсолютно необходим для работы компьютера, так это блок питания. Без него компьютер — просто инертная коробка, наполненная пластиком и металлом. Блок питания преобразует линию переменного тока (AC) вашего дома в постоянный ток (DC), необходимый для персонального компьютера. В этой статье мы узнаем, как работают блоки питания для ПК и что означают номинальные мощности.
В персональном компьютере (ПК) блок питания представляет собой металлическую коробку, обычно расположенную в углу корпуса.Блок питания виден с задней стороны многих систем, поскольку в нем есть разъем для шнура питания и охлаждающий вентилятор.
Напряжения 3,3 и 5 В обычно используются в цифровых схемах, а напряжение 12 В — для двигателей дисковых накопителей и вентиляторов. Основная спецификация блока питания указана в ваттах. Ватт – это произведение напряжения в вольтах и силы тока в амперах или амперах. Если вы знакомы с ПК уже много лет, вы, вероятно, помните, что первые ПК имели большие красные тумблеры, которые имели приличный вес. Когда вы включали или выключали компьютер, вы знали, что делаете это. Эти переключатели фактически контролировали подачу напряжения 120 В к источнику питания.
Сегодня вы включаете питание с помощью маленькой кнопки, а выключаете машину с помощью пункта меню. Эти возможности были добавлены к стандартным блокам питания несколько лет назад. Операционная система может отправить сигнал блоку питания, чтобы он выключился. Кнопка посылает 5-вольтовый сигнал на блок питания, чтобы сообщить ему, когда включать. Блок питания также имеет схему, которая подает 5 вольт, называемую VSB для «напряжения в режиме ожидания», даже когда он официально «выключен», так что кнопка будет работать. Подробнее о технологии видеомикшера см. на следующей странице.
На этом фото вы можете видеть три маленьких трансформатора (желтые) в центре. Слева два цилиндрических конденсатора. Большие ребристые куски алюминия являются радиаторами. К левому радиатору прикреплены транзисторы. Это транзисторы, отвечающие за переключение — они обеспечивают высокочастотную мощность для трансформаторов. К правому радиатору прикреплены диоды, которые выпрямляют сигналы переменного тока и превращают их в сигналы постоянного тока.
Примерно до 1980 года блоки питания были тяжелыми и громоздкими. Они использовали большие, тяжелые трансформаторы и огромные конденсаторы (некоторые размером с банку из-под газировки) для преобразования линейного напряжения 120 В и 60 Гц в 5 В и 12 В постоянного тока.
Используемые сегодня импульсные блоки питания намного меньше и легче. Они преобразуют ток с частотой 60 Гц (Гц или циклов в секунду) в гораздо более высокую частоту, что означает большее количество циклов в секунду. Это преобразование позволяет небольшому легкому трансформатору в блоке питания выполнять фактическое понижение напряжения со 110 вольт (или 220 в некоторых странах) до напряжения, необходимого для конкретного компонента компьютера. Переменный ток более высокой частоты, обеспечиваемый блоком питания коммутатора, также легче выпрямлять и фильтровать по сравнению с исходным сетевым напряжением переменного тока частотой 60 Гц, что снижает колебания напряжения для чувствительных электронных компонентов компьютера.
Источник питания коммутатора потребляет от сети переменного тока только необходимую ему мощность. Типичные значения напряжения и силы тока, обеспечиваемые блоком питания, указаны на этикетке блока питания.
Технология коммутаторов также используется для преобразования постоянного тока в переменный ток, как во многих автомобильных инверторах, используемых для питания устройств переменного тока в автомобиле, и в источниках бесперебойного питания. Технология Switcher в автомобильных инверторах преобразует постоянный ток от автомобильного аккумулятора в переменный ток. Трансформатор использует переменный ток, чтобы трансформатор в инверторе повышал напряжение до напряжения бытовых приборов (120 В переменного тока).
Когда я смотрю на большинство блоков питания для ПК (а также на некоторые мощные = 800 Вт), я не вижу трансформаторов, которые кажутся достаточно большими, чтобы выдерживать требуемую мощность. Если поискать в Интернете, то трансформатор (например, 230–24 В) мощностью 100 Вт по размеру и весу примерно равен этим блокам питания ATX с во много раз большей мощностью.
Я пытаюсь спроектировать свой собственный простой блок питания от сети, но не понимаю, как в коммерческих источниках питания обходятся такими маленькими трансформаторами, в то время как мне, кажется, нужен действительно большой (если я доверяю онлайн-рейтингам)
Я полагаю, что эти блоки питания ATX используют PWM/импульсные, а не линейные блоки питания.
Кто-нибудь может объяснить мне, почему им нужны только очень маленькие трансформаторы?
\$\begingroup\$ Ядра очень маленькие, потому что в этих ядрах хранится очень мало энергии из-за очень высокой частоты переключения. \$\конечная группа\$
2 ответа 2
Фундаментальная причина, по которой импульсные источники питания могут использовать трансформатор гораздо меньшего размера, заключается в том, что они используют частоту, которая обычно в тысячу раз выше, чем 50 или 60 Гц.
Это означает, что первичная индуктивность (обычно около 10 генри для обычного трансформатора переменного тока) может быть уменьшена примерно до 10 мГн. Из этого следует, что сердечник нужно намотать только за долю от числа витков, и это делает сердечник намного меньше.
Вы должны учитывать разницу, которая также существует в небольших источниках питания для обеспечения питания постоянного тока для небольших бытовых приборов и устройств. В этих источниках питания, часто называемых настенными бородавками или силовыми блоками, раньше почти исключительно использовались трансформаторы для понижения сетевого напряжения 220 В или 110 В переменного тока до уровня, близкого к тому, что требовалось для нагрузки. Эти блоки были тяжелыми и громоздкими по сравнению с типичными адаптерами переменного тока в постоянный, которые обычно используются сегодня. Например, сравните с очень маленьким размером типичного зарядного устройства для смартфона, которое у вас есть для вашего телефона.
Разница в том, что в современных зарядных устройствах, как и в блоке питания ATX, хотя и в гораздо меньших масштабах, вместо железного трансформатора и большого количества медных проводов используется технология высокочастотного переключения. Используемые высокие частоты позволяют преобразовывать энергию с гораздо меньшей индуктивностью трансформатора, и поэтому сердечники трансформатора по сравнению с ним намного меньше. Кроме того, в этих небольших сердечниках используются материалы, которые намного лучше реагируют на высокие частоты, чем железо, в результате чего они намного легче по весу.
Импульсные источники питания более эффективны и, следовательно, выделяют меньше тепла. Это может привести к гораздо более высокой способности преобразования энергии в заданном объеме при таком же или меньшем повышении температуры.
Моим первым компьютером в далеком прошлом был стоечный корпус Cromemco Z2 S100. Блок питания выглядел так, как на картинке ниже. Этот сверхмощный трансформатор в центре был примерно такого же объема, как и сегодняшний блок питания типа ATX. Как вы можете догадаться, этот блок питания просто выпрямлял вторичные обмотки трансформатора, а затем отфильтровывал постоянное напряжение с помощью этих больших конденсаторов до ~ 9 В и ~ +/- 18 В. Дальнейшая регулировка для получения чистых +5 В и +12 В/-12 В должна была быть выполнена на каждом разъеме на печатной плате S100.
В исходных спецификациях Z2 утверждалось, что источник питания обеспечивает 30 А на выходе 9 В и 15 А на каждом из выходов +/-18 В. Это соответствует примерно 800 Вт исходной мощности компьютера.
Сравните это с типичным блоком питания ATX для игрового ПК мощностью 800 Вт.
Ламповый источник питания высокого напряжения. Он способен подавать +/- 1500 В постоянного тока с выходным током 0–100 мА.
Трансформер
Трансформатор — это статическое устройство, которое передает электрическую энергию от первичной обмотки к вторичной обмотке, не влияя на частоту. Он используется для повышения или понижения уровня напряжения переменного тока и изолирует оставшуюся часть электронной системы от источника переменного тока.
Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного напряжения, который вырабатывает переменный ток, а вторичная обмотка подключена к нагрузке. Первичная и вторичная обмотки физически не связаны друг с другом, но из-за электромагнитной индукции по закону Фарадея во вторичной обмотке возникает наведенное напряжение.
Существуют три основные функции трансформаторов, а именно: повышение напряжения, понижение напряжения и обеспечение изоляции между первичной и вторичной цепями.
Простой блок питания, используемый в настольных компьютерах. Этот блок обеспечивает регулируемое напряжение, необходимое для правильной работы компьютера.
ATX, CC BY-SA 2.0, через wikimedia commons
Источник питания — это электронная схема, которая преобразует напряжение переменного тока (AC) в напряжение постоянного тока (DC). В основном он состоит из следующих элементов: цепи трансформатора, выпрямителя, фильтра и регулятора. Блоки питания (БП) используются в компьютерах, радиолюбительских передатчиках и приемниках и во всей другой электронной аппаратуре, использующей в качестве входа постоянное напряжение. Источник бесперебойного питания необходим для компьютеров, на которых время от времени хранятся энергозависимые данные. Помимо защиты компьютера от внезапного отключения, это предотвращает повреждение данных из-за сбоя питания или низкого напряжения.
Выпрямитель
Выпрямитель — это устройство, используемое для преобразования мощности переменного тока в пульсирующий постоянный ток. Основным выпрямителем является диод. Этот диод представляет собой однонаправленное устройство, которое работает как выпрямитель в прямом направлении.Три основные схемы выпрямления с использованием диодов: полуволновая, двухполупериодная с отводом от средней точки и двухполупериодная мостовая схема.
Назначение заземляющих выпрямителей
Трансформатор изолирует вторичную обмотку от первичного источника. Первичный источник может быть заземлен, но ваша вторичная обмотка не заземлена, потому что они не подключены. Вторичная обмотка не привязана ни к какому потенциалу. Заземление дает вторичной цепи только опорный потенциал.
Фильтр
Фильтр источника питания используется для предотвращения появления пульсаций на выходе. Он предназначен для преобразования пульсирующего постоянного тока от цепей выпрямителя в достаточно плавный уровень постоянного тока. Двумя основными типами фильтров источника питания являются емкостной фильтр (C-фильтр) и резисторно-конденсаторный фильтр (RC-фильтр). С-фильтр — самый простой и экономичный фильтр. С другой стороны, RC-фильтр используется для уменьшения количества пульсаций напряжения на емкостном фильтре. Его основная функция состоит в том, чтобы пропустить большую часть составляющей постоянного тока, одновременно ослабляя составляющую переменного тока сигнала. RC-фильтр состоит из резисторов и конденсаторов. RC-фильтры используются для фильтрации сигнала, просто блокируя одни частоты и пропуская другие. Обычными RC-фильтрами являются фильтры высоких частот и фильтры нижних частот.
Пульсация и коэффициент пульсации
Пульсация – это нежелательная переменная составляющая сигнала после выпрямления. Это нежелательно, поскольку может разрушить или повредить груз. Это основная причина, по которой в блоке питания устанавливаются фильтры - для предотвращения высоких пульсаций. Работа фильтра состоит в том, чтобы сгладить сигнал и подавить компонент переменного тока или его вариации. Коэффициент пульсаций представляет собой отношение среднеквадратичного значения пульсаций напряжения к значению постоянной составляющей выходного напряжения. Иногда это выражается в процентах или в размахе значений. Коэффициент пульсаций определяет эффективность фильтра, используемого в цепи.
Читайте также: