Как устроен компьютерный блок питания и как его запустить без компьютера. Схемотехника компьютерных блоков питания
Сегодня не редко можно увидеть, как люди выбрасывают компьютерные блоки питания. Ну или БП просто валяются без дела, собирая пыль.
А ведь их можно использовать в хозяйстве! В этой статье я расскажу, какие напряжения можно получить на выходе обычного компьютерного блока питания.
Небольшой ликбез о напряжениях и токах компьютерного БП
Во-первых, не стоит пренебрегать техникой безопасности.
Если на выходе блока питания мы имеем дело с безопасными для здоровья напряжениями, то вот на входе и внутри него 220 и 110 Вольт! Поэтому, соблюдайте технику безопасности. И позаботьтесь о том, чтобы никто другой не пострадал от экспериментов!
Во-вторых, нам потребуется Вольтметр или мультиметр. С помощью него можно измерить напряжения и определить полярность напряжения (найти плюс и минус).
В-третьих, на блоке питания вы можете найти наклейку, на которой будет обозначен максимальный ток, на который рассчитан блок питания, по каждому напряжению.
На всякий случай отнимите от написанной цифры 10%. Так вы получите наиболее точное значение (производители часто врут).
В-четвертых, блок питания ПК типа АТХ предназначен для формирования постоянных питающих напряжений +3.3V, +5V, +12V, -5V, -12V. Поэтому не пытайтесь получить на выходе переменное напряжение.Мы же расширим набор напряжений путем комбинирования номинальных.
Ну что, усвоили? Тогда продолжаем. Пора определиться с разъемами и напряжениями на их контактах.
Разъемы и напряжения компьютерного блока питания
Цветовая маркировка напряжений компьютерного блока питания
Как вы могли заметить, провода, выходящие из блока питания, имеют свой цвет. Это не просто так. Каждый цвет обозначает напряжение. Большинство производителей стараются придерживаться одного стандарта, но бывают совсем китайские блоки питания и цвет может не совпадать (именно поэтому мультиметр в помощь).
В нормальных БП маркировка по цветам проводов такая:
- Черный — общий провод, «земля», GND
- Белый — минус 5V
- Синий — минус 12V
- Желтый — плюс 12V
- Красный — плюс 5V
- Оранжевый — плюс 3.3V
- Зеленый — включение (PS-ON)
- Серый — POWER-OK (POWERGOOD)
- Фиолетовый — 5VSB (дежурного питания).
Распиновка разъемов блока питания AT и ATX
Для вашего удобства я подобрал ряд картинок с распиновкой всех типов разъемов блока питания на сегодняшний день.
Для начала изучим типы и виды разъемов (коннекторов) стандартного блока питания.
Для «запитки» материнской платы используется разъем ATX с 24 контактами или разъем AT с 20-ю контактами. Он же используется для включения блока питания.
Для жестких дисков, сидиромов, картридеров и прочего используется MOLEX.
Большая редкость сегодня разъем для flopy — дисков. Но на старых БП можно встретить.
Для питания процессора используется 4-контактный разъем CPU. Их бывает два или еще сдвоеный, то есть 8-контактный, для мощных процессоров.
Разъем SATA — пришел на смену разъема MOLEX. Используется для тех же целей, что и MOLEX, но на более новых устройствах.
Разъемы PCI, чаще всего служат для подачи дополнительного питания на разного рода PCI express устройства (наиболее распространены для видеокарт).
Перейдем непосредственно к распиновке и маркировке. Где же наши заветные напряжения? А вот они!
Еще одна картинка с распиновкой и цветовым обозначением напряжений на разъемах БП.
Ниже приведена распиновка блока питания типа AT.
Ну вот. С распиновкой компьютерных блоков питания разобрались! Самое время перейти к тому, как получить необходимые напряжения из блока питания.
Получение напряжений с разъемов компьютерного блока питания
Теперь, когда мы знаем, где взять напряжения, воспользуемся таблицей, которую я привел ниже. Пользоваться ей надо следующим образом: положительное напряжение+ ноль= итого .
| положительное | ноль | итого (разность) |
| +12В | 0В | +12В |
| +5В | -5В | +10В |
| +12В | +3,3В | +8,7В |
| +3,3В | -5В | +8,3В |
| +12В | +5В | +7В |
| +5В | 0В | +5В |
| +3,3В | 0В | +3,3В |
| +5В | +3,3В | +1,7В |
| 0В | 0В | 0В |
Важно помнить, что ток итогового напряжения будет определяться минимальным значением по использованным номиналам для его получения.
Также не забывайте, что для больших токов желательно использовать толстый провод.
Самое главное!!! Блок питания запускается замыканием проводов GND и PWR SW . Работает до тех пор, пока данные цепи замкнуты!
ПОМНИТЕ! Любые эксперименты с электричеством необходимо проводить со строгим соблюдением правил электробезопасности!!!
Дополнение по разъемам. Уточнение распиновки PCIe и EPS разъемов.
В современном мире развитие и устаревание комплектующих персональных компьютеров происходит очень быстро. Вместе с тем один из основных компонентов ПК – форм-фактора ATX – практически не изменял свою конструкцию последние 15 лет .
Следовательно, блок питания и суперсовременного игрового компьютера, и старого офисного ПК работают по одному и тому же принципу, имеют общие методики диагностики неисправностей.
Материал, изложенный в этой статье, может применяться к любому блоку питания персональных компьютеров с минимумом нюансов.
Типовая схема блока питания ATX приведена на рисунке. Конструктивно он представляет собой классический импульсный блок на ШИМ-контроллере TL494, запускающемся по сигналу PS-ON (Power Switch On) с материнской платы. Все остальное время, пока вывод PS-ON не подтянут к массе, активен только источник дежурного питания (Standby Supply) с напряжением +5 В на выходе.
Рассмотрим структуру блока питания ATX подробнее. Первым ее элементом является
:
Его задача – это преобразование переменного тока из электросети в постоянный для питания ШИМ-контроллера и дежурного источника питания. Структурно он состоит из следующих элементов:
- Предохранитель F1 защищает проводку и сам блок питания от перегрузки при отказе БП, приводящем к резкому увеличению потребляемого тока и как следствие – к критическому возрастанию температуры, способному привести к пожару.
- В цепи «нейтрали» установлен защитный терморезистор, уменьшающий скачок тока при включении БП в сеть.
- Далее установлен фильтр помех, состоящий из нескольких дросселей (L1, L2 ), конденсаторов (С1, С2, С3, С4 ) и дросселя со встречной намоткой Tr1 . Необходимость в наличии такого фильтра обусловлена значительным уровнем помех, которые передает в сеть питания импульсный блок – эти помехи не только улавливаются теле- и радиоприемниками, но и в ряде случаев способны приводить к неправильной работе чувствительной аппаратуры.
- За фильтром установлен диодный мост, осуществляющий преобразование переменного тока в пульсирующий постоянный. Пульсации сглаживаются емкостно-индуктивным фильтром.
Источник дежурного питания – это маломощный самостоятельный импульсный преобразователь на основе транзистора T11, который генерирует импульсы, через разделительный трансформатор и однополупериодный выпрямитель на диоде D24 запитывающие маломощный интегральный стабилизатор напряжения на микросхеме 7805. Эта схема хотя и является, что называется, проверенной временем, но ее существенным недостатком является высокое падение напряжения на стабилизаторе 7805, при большой нагрузке приводящее к ее перегреву. По этой причине повреждение в цепях, запитанных от дежурного источника, способно привести к выходу его из строя и последующей невозможности включения компьютера.
Основой импульсного преобразователя является ШИМ-контроллер . Эта аббревиатура уже несколько раз упоминалась, но не расшифровывалась. ШИМ – это широтно-импульсная модуляция, то есть изменение длительности импульсов напряжения при их постоянной амплитуде и частоте. Задача блока ШИМ, основанного на специализированной микросхеме TL494 или ее функциональных аналогах – преобразование постоянного напряжения в импульсы соответствующей частоты, которые после разделительного трансформатора сглаживаются выходными фильтрами. Стабилизация напряжений на выходе импульсного преобразователя осуществляется подстройкой длительности импульсов, генерируемых ШИМ-контроллером.
Важным достоинством такой схемы преобразования напряжения также является возможность работы с частотами, значительно большими, чем 50 Гц электросети. Чем выше частота тока, тем меньшие габариты сердечника трансформатора и число витков обмоток требуются. Именно поэтому импульсные блоки питания значительно компактнее и легче классических схем с входным понижающим трансформатором.
За включение блока питания ATX отвечает цепь на основе транзистора T9 и следующих за ним каскадов. В момент включения блока питания в сеть на базу транзистора через токоограничительный резистор R58 подается напряжение 5В с выхода источника дежурного питания, в момент замыкания провода PS-ON на массу схема запускает ШИМ-контроллер TL494. При этом отказ источника дежурного питания приведет к неопределенности работы схемы запуска БП и вероятному отказу включения, о чем уже упоминалось.
Устройство блока питания стационарных компьютеров подразумевает использование метода импульсной стабилизации напряжения . Подаваемое напряжение бытовой электросети составляет 110/230 В с частотой 50-60 Гц на входе, а на выходе имеется ряд линий постоянного тока, где для основных линий номиналом считаются 2,5 и 3,3 В. Блок питания способен обеспечить напряжение в 12В и 5В в случае использования шины ISA. Напряжение в 5В было исключено из стандарта АТХ из-за прекращения поддержки ISA-шины.
Устройство компьютерного блока питания.
Отталкиваясь от указанной выше упрощенной схемы стандартного импульсного блока питания , можно выделить четыре основных этапа:
- фильтр ЭМП - электромагнитных помех (RFI filter);
- первичная цепь - входной выпрямитель (rectifier), ключевые транзисторы (switcher), создающие переменный ток высокой частоты на первичной обмотке трансформатора;
- основной трансформатор;
- вторичная цепь - выпрямители тока со вторичной обмотки трансформатора (rectifiers), сглаживающие фильтры на выходе (filtering).
Устройство блока питания компьютера. Фильтр ЭМП.
Устройство блока питания компьютера включает в себя фильтр ЭМП - это входной фильтр блока питания подавляет два типа электромагнитных помех: синфазных (common-mode) и дифференциальных (differential-mode). Для первого типа характерно течение тока в одном направлении, а во втором случае ток течет в разных направлениях.
Дифференциальные помехи подавляются с помощью включенного параллельно нагрузке конденсатора СХ, представляющий собой пленочный конденсатор. Иногда на провода вешают дроссель, выполняющий ту же функцию.
Устройство блока питания также в себя включает конденсаторы CY, которые образуют фильтр синфазных помех. Они соединяют линии питания в общей точке с землей и так называемым синфазным дросселем (LF1 на схеме), в обмотках которого ток течет в одном направлении, тем самым создавая сопротивление для таких помех.
Дешевые модели блоков питания оснащают минимальным набором деталей фильтра, а дорогие имеют повторяющиеся звенья. В прошлом фильтр ЭМП и вовсе не входил в устройство блока питания. Даже сейчас можно встретить дешевый блок питания без фильтра, но такие курьезные случаи за годы значительно уменьшились. Являясь мощным источником помех, такой блок питания будет негативно влиять на включенную в бытовую сеть технику.
Устройство блока питания хорошего качества включает в себя детали, защищающие владельца или сам блок питания от повреждений. Как правило, используется плавкий предохранитель, защищающий от короткого замыкания (F1). При срабатывании предохранителя, блок питания перестанет быть защищаемым объектом. В случае короткого замыкания пробивает ключевые транзисторы, поэтому необходимо предотвратить возгорание электропроводки. Сгоревший предохранитель будет уже бессмысленно менять заменять.
Для защиты от кратковременных скачков напряжения используется варистор (MOV - Metal Oxide Varistor). К сожалению, устройство блока питания не включает в себя защиту от длительного повышения напряжения, поэтому используют внешние стабилизаторы, оснащенные трансформатором внутри.
Конденсатор в цепи PFC после выпрямителя способен сохранять существенный заряд в случае отключения от питания. Для безопасности устанавливается разряжающий резистор большого номинала. Иногда в устройство блока питания интегрируется управляющая схема, не дающая заряду утекать в процессе работы устройства.
Присутствие фильтра в блоке питания для компьютера и другой компьютерной техники означает то, что покупка варисторного фильтра вместо удлинителя не имеет смысла. Они имеют одинаковую начинку. Главное условие для комфортного использования - это нормальная трехконтактная проводка с заземлением, иначе соединенные с землей конденсаторы CY просто не смогут нормально функционировать.
Один из самых важных блоков персонального компьютера - это, конечно, импульсный блок питания. Для более удобного изучения работы блока есть смысл рассматривать каждый его узел по отдельности, особенно, если учесть, что все узлы импульсных блоков питания различных фирм практически одинаковые и выполняют одни и те же функции. Все блоки питания рассчитаны на подключение к однофазной сети переменного тока 110/230 вольт и частотой 50 - 60 герц. Импортные блоки на частоту 60 герц прекрасно работают и в отечественных сетях.
Основной принцип работы импульсных блоков питания заключается в выпрямлении сетевого напряжения с последующим преобразованием его в переменное высокочастотное напряжение прямоугольной формы, которое понижается трансформатором до нужных значений, выпрямляется и фильтруется.
Таким образом, основную часть схемы любого компьютерного блока питания, можно разделить на несколько узлов, которые производят определённые электрические преобразования. Перечислим эти узлы:
Сетевой выпрямитель. Выпрямляет переменное напряжение электросети (110/230 вольт).
Высокочастотный преобразователь (Инвертор). Преобразует постоянное напряжение, полученное от выпрямителя в высокочастотное напряжение прямоугольной формы. К высокочастотному преобразователю отнесём и силовой понижающий импульсный трансформатор. Он понижает высокочастотное переменное напряжение от преобразователя до напряжений, требуемых для питания электронных узлов компьютера.
Узел управления. Является "мозгом" блока питания. Отвечает за генерацию импульсов управления мощным инвертором, а также контролирует правильную работу блока питания (стабилизация выходных напряжений, защита от короткого замыкания на выходе и пр.).
Промежуточный каскад усиления. Служит для усиления сигналов от микросхемы ШИМ-контроллера и подачи их на мощные ключевые транзисторы инвертора (высокочастотного преобразователя).
Выходные выпрямители. С помощью выпрямителя происходит выпрямление - преобразование переменного низковольного напряжения в постоянное. Здесь же происходит стабилизация и фильтрация выпрямленного напряжения.
Это основные части блока питания компьютера. Их можно найти в любом импульсном блоке питания, начиная от простейшего зарядника для сотового телефона и заканчивая мощными сварочными инверторами. Отличия заключаются лишь в элементной базе и схемотехнической реализации устройства.
Довольно упрощённо структуру и взаимосвязь электронных узлов компьютерного блока питания (формат AT) можно изобразить следующим образом.
О всех этих частях схемы будет рассказано в дальнейшем.
Рассмотрим принципиальную схему импульсного блока питания по отдельным узлам. Начнём с сетевого выпрямителя и фильтра.
Сетевой фильтр и выпрямитель.
Отсюда, собственно, и начинается блок питания. С сетевого шнура и вилки. Вилка используется, естественно, по «евростандарту» с третьим заземляющим контактом.
Следует обратить внимание, что многие недобросовестные производители в целях экономии не ставят конденсатор С2 и варистор R3, а иногда и дроссель фильтра L1. То есть посадочные места есть, и печатные дорожки тоже, а деталей нет. Ну, вот прям как здесь.
Как говорится: "No comment ".
Во время ремонта желательно довести фильтр до нужной кондиции. Резисторы R1, R4, R5 выполняют функцию разрядников для конденсаторов фильтра после того как блок отключен от сети. Термистор R2 ограничивает амплитуду тока заряда конденсаторов С4 и С5, а варистор R3 защищает блок питания от бросков сетевого напряжения.
Стоит особо рассказать о выключателе S1 ("230/115" ). При замыкании данного выключателя, блок питания способен работать от сети с напряжением 110...127 вольт. В результате выпрямитель работает по схеме с удвоением напряжения и на его выходе напряжение вдвое больше сетевого.
Если необходимо, чтобы блок питания работал от сети 220...230 вольт, то выключатель S1 размыкают. В таком случае выпрямитель работает по классической схеме диодный мост . При такой схеме включения удвоения напряжения не происходит, да это и не нужно, так как блок работает от сети 220 вольт.
В некоторых блоках питания выключатель S1 отсутствует. В других же его располагают на тыльной стенке корпуса и помечают предупреждающей надписью. Нетрудно догадаться, что если замкнуть S1 и включить блок питания в сеть 220 вольт, то это кончится плачевно. За счёт удвоения напряжения на выходе оно достигнет величины около 500 вольт, что приведёт к выходу из строя элементов схемы инвертора.
Поэтому стоит внимательнее относиться к выключателю S1. Если предполагается использование блока питания только совместно с сетью 220 вольт, то его можно вообще выпаять из схемы.
Вообще все компьютеры поступают в нашу торговую сеть уже адаптированными на родные 220 вольт. Выключатель S1 либо отсутствует, либо переключен на работу в сети 220 вольт. Но если есть возможность и желание то лучше проверить. Выходное напряжение, подаваемое на следующий каскад составляет порядка 300 вольт.
Можно повысить надёжность блока питания небольшой модернизацией. Достаточно подключить варисторы параллельно резисторам R4 и R5. Варисторы стоит подобрать на классификационное напряжение 180...220 вольт. Такое решение сможет уберечь блок питания при случайном замыкании выключателя S1 и включении блока в сеть 220 вольт. Дополнительные варисторы ограничат напряжение, а плакий предохранитель FU1 перегорит. При этом после несложного ремонта блок питания можно вернуть в строй.
Конденсаторы С1, С3 и двухобмоточный дроссель на ферритовом сердечнике L1 образуют фильтр способный защитить компьютер от помех, которые могут проникнуть по сети и одновременно этот фильтр защищает сеть от помех, создаваемых компьютером.
Возможные неисправности сетевого выпрямителя и фильтра.
Характерные неисправности выпрямителя, это выход из строя одного из диодов "моста" (редко), хотя бывают случаи, когда выгорает весь диодный мост, или утечка электролитических конденсаторов (гораздо чаще). Внешне это характеризуется вздутием корпуса и утечкой электролита. Подтёки очень хорошо заметны. При пробое хотя бы одного из диодов выпрямительного моста, как правило, перегорает плавкий предохранитель FU1.
При ремонте цепей сетевого выпрямителя и фильтра имейте в виду то, что эти цепи находятся под высоким напряжением, опасным для жизни ! Соблюдайте технику электробезопасности и не забывайте принудительно разряжать высоковольные электролитические конденсаторы фильтра перед проведением работ!
Не включается компьютер? В этом материале вы найдете ответ на вопрос: как проверить блок питания компьютера.
Тезисное решение этой проблемы есть в одной из наших прошлых статей .
О том как проверить его работоспособность читайте в нашей сегодняшней статье.
Блок питания (БП) - вторичный источник питания (первичным источником выступает розетка), цель которого состоит в преобразовании переменного напряжения в постоянное, а также обеспечении питания компьютерных узлов на заданном уровне.
Таким образом, БП выступает промежуточным звеном между электрической сетью и и соответственно от его исправности и правильной работы зависит работоспособность остальных компонентов.
Причины и признаки неисправности блока питания
Как правило, причинами из-за которых БП выходят из строя могут быть:
низкое качество напряжения сети (частые перепады напряжения в сети, а также его выход за пределы рабочего диапазона БП);
низкое качество компонент и изготовления в целом (данный пункт актуален для дешёвых БП);
Определить вышел из строя БП или какая-то другая составляющая можно по следующим признакам:
после нажатия на кнопку питания системного блока ничего не происходит - нет световой и звуковой индикации, не вращаются вентиляторы охлаждения;
компьютер включается через раз;
Проверку БП можно выполнить несколькими способами.
О последовательности каждой из проверок мы поговорим ниже, а сейчас лишь ограничимся короткой информацией для понимания того, что мы будем делать.
Суть первого способа заключается в проверке подачи напряжения и на этом этапе мы выполняем грубую проверку - есть напряжение или нет.
Второй способ заключается в проверке выходного напряжения, мы уже упоминали, что напряжение должно быть строго в определённых пределах и отклонение в любую сторону недопустимо.
Третий способ заключается в визуальном осмотре БП на предмет наличия вздутых конденсаторов.
Для удобства восприятия алгоритм каждой из проверок будет представлен в виде пошаговой инструкции.
Проверка подачи напряжения блоком питания
Шаг 1.
Шаг 2.
Запомните или для удобства сфотографируйте, то каким образом выполнено подключение питания к каждой из компонент (материнская плата, жёсткий диски, оптический привод, пр.) после чего их следует отсоединить от БП.
Шаг 3.
Найти канцелярскую скрепку. Скрепкой мы будем замыкать контакты на БП и если её под рукой не оказалось подойдёт проволока схожая со скрепкой по длине и диаметру.
После этого скрепку необходимо согнуть в виде латинской буквы «U».
Шаг 4. Найти 20/24 контактный разъем питания. Данный разъем очень просто найти - это жгут из 20 или 24 проводов соответственно, которые идут от блока питания и подключались к материнской плате ПК.
Шаг 5. Найти разъёмы зелёного и чёрного провода на коннекторе. В разъёмы, к которым подключены данные провода, необходимо вставить скрепку.
Скрепка должна быть надёжно зафиксирована и иметь контакт с соответствующими разъёмами.
Шаг 6.
Шаг 7. Проверка работоспособности вентилятора БП. Если устройство рабочее и проводит ток, то вентилятор, расположенный в корпусе БП должен вращаться при подаче напряжения.
Если вентилятор не вращается выполните проверку контакта скрепки с зелёным и чёрным разъёмам 20/24 контактного разъёма.
Как уже было сказано выше, данная проверка не гарантирует, что устройство рабочее. Данная проверка позволяет определить, что блок питания включается.
Для более точной диагностики необходимо провести следующий тест.
Проверка правильной работы блока питания
Шаг 1. Выключить компьютер. Необходимо помнить, что БП компьютера работает с опасным для человека напряжением - 220В.
Шаг 2. Отрыть боковую крышку системника.
Запомните или для удобства сфотографируйте, то каким образом выполнено подключение питания к каждой из компонент (материнская плата, жёсткий диски, оптический привод, пр.) после чего их следует отсоединить от БП.
Шаг 3. Найти 20/24 контактный разъем питания.
Данный разъем очень просто найти из-за его большего размера - это жгут из 20 или 24 проводов соответственно, которые идут от блока питания и подключались к материнской плате ПК.
Шаг 4. Найти разъёмы чёрного, красного, жёлтого, розового проводов на 20/24 контактном разъёме.
Шаг 5. Осуществить нагрузку БП. В дальнейшем мы будем производить измерение выходного напряжения блока питания.
В обычном режиме БП работает под нагрузкой, осуществляя питание материнской платы, жёстких дисков, оптических приводов, вентиляторов .
Измерение выходного напряжения БП, который находится не под нагрузкой, может привести к довольно высокой погрешности.
Обратите внимание! В качестве нагрузки может быть использован внешний вентилятор на 12В, привод оптических дисков или старый жёсткий диск, а также комбинации указанных устройств.
Шаг 6. Включить блок питания. Подаём питание на БП (не забудьте включить кнопку питания на самом БП, если таковая была выключена на Шаге 1).
Шаг 7. Взять вольтметр и измерить выходное напряжение БП. Выходное напряжение БП будем измерять на парах проводов, указанных в Шаге 3. Эталонное значение напряжения для чёрного и розового провода составляет - 3,3В, чёрного и красного - 5В, чёрного и жёлтого - 12В.
Допускается отклонение указанных значений в размере ±5%. Таким образом, напряжение:
3,3В должно находиться в пределах 3,14 - 3,47В;
5В должно находиться в пределах 4,75 - 5,25В;
12В должно находиться в пределах 11,4 - 12,6В.
Визуальный осмотр блока питания
Шаг 1. Выключить компьютер. Необходимо помнить, что БП компьютера работает с опасным для человека напряжением - 220В.
Шаг 2. Отрыть боковую крышку системного блока.
Запомните или для удобства сфотографируйте, то каким образом выполнено подключение питания к каждой из компонент (материнская плата, жёсткий диски, оптический привод, пр.) после чего их следует отсоединить от блока питания.
Шаг 3. Отсоединить блок питания от системника. Для этого необходимо выкрутить 4 винта, которыми БП крепится к системному блоку.
