Как устроен блок питания компьютера. Часть 2

Здравствуйте, уважаемые читатели!

Не так давно мы с вами начали знакомиться с устройством импульсного блока питания компьютера. В первой части статьи мы рассмотрели его структурную схему. Давайте продолжим знакомство и рассмотрим

Низковольтные выпрямители

Напряжение со вторичных обмоток трансформатора основного инвертора поступает на выпрямители каналов +3,3, +5 и +12 В.

По этим каналам потребляется практически вся мощность, отдаваемая блоком.

Обмотки трансформатора имеют вывод от средней точки. Используется двухполупериодная схема выпрямления с двумя диодами.

Она называется так потому, что используются оба полупериода переменного напряжения.

Кстати, мостовая схема, которая используется в высоковольтном выпрямителе, тоже двухполупериодная.

Отметим, что в низковольтных выпрямителях, в отличие от высоковольтных, используют диоды Шоттки.

Они отличаются от обычных тем, что на них падает меньшее напряжение. По этим диодам могут проходить токи более десятка ампер.

Поэтому рассеиваемая на них мощность уменьшается значительно.

Пара диодов Шоттки помещается обычно в общий трехвыводной корпус с общим анодом или общим катодом. Эта сборка диодов устанавливается на общий радиатор.

У внимательного читателя может возникнуть вопрос. А почему это высоковольтный выпрямитель состоит из четырех диодов, а низковольтный – из двух?

Начнем с того, что высоковольтный выпрямитель невозможно сделать из двух диодов, так как входное переменное напряжение подается не через трансформатор, а непосредственно. А вот с низковольтным возможны варианты.

Можно было бы и здесь использовать мостовую схему из четырех диодов. Но в этом случае последовательно с нагрузкой были бы включены два диода (а не один как в двухдиодной схеме). На втором диоде были бы дополнительные потери, что уменьшило бы выходное напряжение.

Кроме того, на втором диоде бы рассеивалась довольно значительная мощность, что потребовало бы усиления охлаждения (более громоздкого радиатора и вентилятора с большей производительностью).

У нас ведь блок питания, а не отопительный радиатор  :yes:

Недостаток такой схемы – наличие двух (а не одной) вторичных обмоток трансформатора в каждом канале. Но с этим приходится мириться. 

Низковольтные фильтры

После низковольтных выпрямителей в каналах +3,3, +5 и +12 В устанавливаются фильтры. Это, как правило, индуктивно-емкостные (LC) фильтры.

Применяются дроссели на ферритовых сердечниках, обладающие индуктивностью и электролитические конденсаторы.

Их также можно рассматривать как фильтры нижних частот, которые выделяют из пульсирующего напряжения постоянную составляющую.

Следует отметить, что полностью подавить высокочастотные помехи невозможно, их уровень сводят к некоей небольшой допустимой величине. В качественных питающих блоках используют конденсаторы с низким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением).

Чем ниже ESR, тем меньше будет греться конденсатор. Для уменьшения ESR устанавливают несколько конденсаторов параллельно (а не один с большой емкостью). Та же идеология используется в материнских платах компьютеров, где можно увидеть линейку конденсаторов возле процессора.

В дешевых блоках питания на элементах низковольтных фильтров часто экономят. Дроссели заменяют перемычками, ставят конденсаторы меньших емкостей и меньшим числом.

Это приводит к ухудшению фильтрующих свойств (увеличению пульсаций выходных напряжений).

Это чревато перегревом импульсного стабилизатора (питающего ядро процессора) на материнской плате и уменьшением надежности работы. Такие блоки «шедевры схемотехники» легко отличить по весу.

Качественные блоки питания не должны весить менее 1,5 – 2 кг. «Облегченные» блоки лучше не использовать.

Стабилизация выходных напряжений

В каналах +3,3, +5 и +12 В имеется и дроссель, выполненный на одном общем сердечнике. Это дроссель групповой стабилизации.

Вместе с контроллером и цепями обратной связи он способствует стабилизации этих выходных напряжений.

Напомним, что выходные напряжения должны находиться в пределах  +/- 5% от номинального значения.

При увеличении выходного тока (и, следовательно, и потребляемой нагрузкой мощности) контроллер увеличивает ширину импульсов, открывающих ключи инвертора. При этом увеличивается мощность, поступающая в первичную обмотку основного трансформатора.

Со вторичных обмоток также снимается бОльшая мощность. Проблема в том, что увеличение тока может происходить только по одному из каналов. В ответ на увеличение тока контроллер увеличивает ширину импульсов, стремясь поддержать напряжение в этом канале.

Но при этом увеличиваются и напряжения в других каналах. При использовании дросселя групповой стабилизации увеличение тока водном из каналов увеличивает магнитный поток в сердечнике. При этом наводится напряжение в обмотках и других каналов (сердечник же общий!), которое вычитается из основного.

На самом деле дело обстоит сложнее, применяются и другие схемотехнические напряжения, в частности резистивный делитель в каналах +5 и +12 В. Для стабилизации напряжения +3,3 В могут применять так называемый магнитный усилитель — отдельный дроссель на ферритовом сердечнике, работающий в режиме насыщения.

Охлаждение блока питания

Как уже указывалось, охлаждение радиаторов с силовыми элементами осуществляется вентилятором. Тепло «выдувается» из блока питания наружу. В качественных блоках  контроллер управляет вентилятором охлаждения.

Используя сигнал температурного датчика, он изменяет напряжение на обмотках вентилятора. Если температура внутри блока питания повысилась, контроллер поднимает напряжение на вентиляторе, увеличивая обороты. Если она уменьшилась — уменьшает.

Датчик могут устанавливать на радиаторе, где установлены низковольтные выпрямительные диоды. Однако такая схема достаточно инерционна. В более совершенных моделях контроллер отслеживает потребляемую мощность. Как только она увеличилась, он сразу поднимает обороты вентилятора, работая на опережение.

Блок питания содержит в себе цепи защиты. С их помощью при аварийном увеличении потребляемой мощности или коротком замыкании выводов контроллер останавливает инвертор, предохраняя силовые элементы от выхода из строя. В дешевых моделях эти цепи либо сильно упрощены, либо вообще отсутствуют. Это естественно, снижает надежность блока питания в целом.

В заключение скажем, что не рекомендуется включать блок питания без нагрузки. Во-первых, цепи защиты могут сообщить контроллеру об отсутствии нагрузки, и он не запустит инвертор. Во-вторых, самые дешевые модели могут просто выйти из строя. Нагрузка должна составлять величину хотя бы 10% от максимальной мощности блока.

До новых встреч!