Как рассчитать предохранитель импульсного блока питания
Обновлено: 04.07.2024
Качественные блоки питания обеспечивают долговременную надежную и безаварийную работу вычислительного оборудования и другой техники.
Так как при майнинге используются мощные импульсные источники питания, питающие дорогостоящее оборудование, то их выход из строя влечет за собой весьма неприятные последствия.
В связи с этим стоит разобраться с некоторыми особенностями их работы, которые помогут избежать поломок, вызванных непониманием процессов, происходящих внутри импульсных источников питания.
Переходные процессы в радиоэлектронной аппаратуре и вычислительной технике
При эксплуатации любых электрических приборов в момент переключения возникают нелинейные переходные процессы, которые в некоторых случаях незаметны, а иногда приводят к выходу устройства из расчетного режима работы, что сопровождается повышенной нагрузкой на его элементы и может привести их к выходу из строя.
Переходные процессы всегда возникают в момент коммутации цепей с нагрузкой, имеющей индуктивный и/или емкостной характер. В большинстве случаев они являются вредными для работы устройства, поэтому конструкторы аппаратуры обычно предпринимают меры для их сведения до минимума.
Так как любой участок цепи имеет в той или иной мере LC-параметры, то нелинейные процессы всегда происходят в любой электронике. В мощных блоках питания, использующихся для майнинга, установлены конденсаторы и катушки большой емкости/индуктивности, поэтому переходные процессы в них могут быть очень значительными.
Кратковременный всплеск переменного напряжения, значительно превышающий нормальное значение:
Во время включения в работу блока питания большой мощности в его контурах протекают импульсы тока огромной величины. Всплески напряжения, вызванные переходными процессами, могут многократно превышать номинальное напряжение, протекающее в сети.
Всплески напряжения (voltage spikes), возникающие на графике синусоидального переменного напряжения, вследствие переходных процессов (transients):
Для борьбы со всплесками напряжения в момент включения блоков питания в них устанавливаются специальные защитные элементы. Они обычно справляются со своей ролью, но иногда, при нештатных ситуациях, не справляются со своими задачами. Чтобы не допускать их возникновения (или хотя бы свести до минимума), нужно знать принципы работы, назначение и состав защитных элементов на входе импульсного блока питания.
Зачем нужны защитные цепи на входе импульсных блоков питания
В качественных импульсных блоках питания обычно устанавливаются входные цепи, которые решают ряд проблем, среди которых:
Для защиты входных цепей блока питания от всплесков напряжения и тока используются варисторы (varistors) и термисторы, а также предохранители, варисторы, а также разрядники (surge arresters).
MOV-варистор и термисторы с позитивным и негативным коэффициентом сопротивления:
Как обеспечивается защита от всплесков напряжения и тока на входе блока питания?
За защиту от всплесков напряжения на входе импульсного БП в рабочем режиме обычно отвечают варисторы и разрядники. Для защиты от бросков тока на входе применяют предохранители, а также термисторы.
Простейшая схема включения защитного варистора в блоке питания:
Схема включения защитных элементов на входе импульсного источника тока с применением варисторов и разрядников:
Как работает варистор?
Вольт-амперная характеристика варистора:
При значительном повышении напряжения на варисторе сопротивление падает, это приводит к поглощению энергии всплеска и выделении ее в виде тепла.
Варисторы нужны для защиты радиоэлектронных устройств от бросков высокого напряжения за счет того, что их сопротивление резко падает с увеличением поданного на них напряжения:
Это спасает другие компоненты от выхода из строя, хотя иногда приводит к выгоранию самого варистора, спасающего своим героическим поведением более дорогие электронные элементы. Варисторы устанавливаются на входе БП перед диодным выпрямителем, так как они дополнительно выполняют фильтрующую функцию — гашение помех, возникающих при выключении диодного моста.
Варистор TVR 14471 на входе блока питания Be Quiet Dark Power Pro мощностью 1200 ватт с платиновым сертификатом:
Для чего в блоке питания применяются термисторы?
Термистор — это резистор, изменяющий свое сопротивление из-за температуры.
В блоках питания обычно используют термисторы с негативным температурным коэффицентом (NTC, Negative Temperature Coefficient), включенные последовательно с нагрузкой. В холодном состоянии они имеют сопротивление 6-12 Ом, поэтому при включении блока питания происходит их разогрев. Из-за нагрева сопротивление NTC-термисторов падает до 0.5-1 Ома и они уже не оказывают существенного влияния на работу устройства.
В дорогих блоках питания после успешного старта блока питания термисторы отключаются, ток начинает проходить через проводник с нулевым сопротивлением, что обеспечивает холодное состояние термистора (постоянную готовность к повторному включению БП), а также экономит электроэнергию, которая попусту рассеивается во время работы источника питания в штатном режиме.
Благодаря тому, что термистор принимает на себя «часть удара» в момент включения, остальные компоненты не страдают.
Простейшая схема включения защитного термистора на входе блока питания:
Варисторы обеспечивают защиту высоковольтной части блока питания от всплесков напряжения, а термисторы — от большого тока.
Варистор VZ1 и термистор TR101 на схеме блока питания Chieftec APS-550S мощностью 550W:
К чему может привести экономия на варисторах и термисторах в блоке питания?
В бюджетных блоках питания производители экономят на элементной базе и не устанавливают варисторов. Для защиты таких БП стоит использовать сетевые фильтры или UPS, имеющие в своем составе варисторы. Стоимость такой защиты оправдана значительным снижением возможного ущерба, который может появится в случае сгорания источника питания, питающего дорогостоящий компьютер.
В некоторых случаях защита от всплесков напряжения/тока, обеспечивающаяся варисторами и термисторами, не срабатывает. Это может происходит в случае неисправности варистора/термистора, а также если такой элемент нагрет и производится его включение расчете на его состояние при обычной температуре. Ситуация с медленным остыванием защитных варисторов (термисторов) может возникнуть в случае слишком быстрого повторного включения работавшего блока питания.
Если термистор не успевает остыть после выключения БП, то в момент повторной подачи высокого напряжения защита, обеспечиваемая гашением энергии на его высоком сопротивлении, не обеспечивается. Это может привести к плачевным последствиям.
Нагретый варистор не поглощает энергию импульса, появляющегося в момент включения из-за заряда емкостей электролитических конденсаторов и накопления энергии в индуктивностях, что обычно приводит к пробою транзисторов в высоковольтной части БП.
Благодаря этому, импульс высокого напряжения, поступающий на защищаемое устройство, гасится на варисторе. При сильном нагреве варистора в нем могут произойти необратимые изменения, приводящие к пробою или обрыву.
Пример платы дешевого блока питания Green Vision GV-PS S400:
Как определить исправность варисторов и термисторов?
На схемах блоков питания варисторы и термисторы имеют похожие обозначения в виде резистора с корпусом, перечеркнутым «клюшкой». Варисторы обычно стоят параллельно источнику тока и маркируются обозначением VR:
Термисторы обозначаются похоже:
Термисторы обычно включаются последовательно с нагрузкой, их сопротивление значительно меньше варисторов.
Проверка исправности варистора/термистора состоит в проведении двух действий:
- визуальный осмотр на наличие повреждений, следов прогара, взудтий и прочих безобразий;
- проверка сопротивления омметром — исправный варистор должен иметь большое сопротивление (несколько мегаОм) в обоих направлениях при комнатной температуре, терморезистор на входе блока питания — несколько Ом. При прозвонке варистора следует обращать внимание на место его установки. Если параллельно ему включены другие электронные элементы, то проверять сопротивление нужно после выпаивания варистора с платы.
Что делать майнерам для сведения к минимуму проблем из-за переходных процессов в блоках питания?
При наладке компьютеров, в том числе использующихся для майнинга, иногда возникают ситуации, когда из-за зависания системы приходится часто принудительно выключать-включать блок питания. В этом случае стоит делать перерыв на несколько минут перед повторным включением блока питания, чтобы он успел остыть. Это одинаково важно и для дорогих блоков питания, в которых установлен полный набор защитных элементов, включая варисторы и терморезисторы. Это связано с тем, что они не успевают восстановиться в случае очень быстрого повторного включения устройства с горячими внутренними компонентами.
При выборе блоков питания следует обращать внимание на наличие в них цепей защиты. Наличие варистора на входе источника питания обычно свидетельствует о стремлении его изготовителей обеспечить высокое качество и надежность изделия.
Если в использующемся на компьютере блоке питания не установлены входные защитные цепи, содержащие варисторы, блокировочные конденсаторы и термисторы, то стоит дополнительно установить качественный сетевой фильтр-удлинитель, содержащий хотя бы минимальный набор элементов, включающий варистор.
Фотография платы качественного сетевого фильтра с варисторами:
Варистор синего цвета на входе сетевого фильтра среднего качества:
Дешевый, якобы сетевой фильтр, на самом деле являющийся простым удлинителем/разветвителем с выключателем (не содержит варисторов и других защитных элементов):
При покупке входного фильтра следует учитывать, что большинство устройств, продаваемых в торговых сетях под таким названием на самом деле являются простыми удлинителями/разветвителями розеток, в лучшем случае содержащими узел защиты от короткого замыкания. Элементы защиты от бросков напряжения содержатся только в единицах из них.
В случае перебоев в работе компьютеров (не только тех, которые используются для майнинга), стоит дать время на остывание устройства перед его очередным включением. В противном случае еще не успевшие остыть защитные элементы не смогут выполнить свою функцию, что с большой степенью вероятности приведет к поломке.
Вам также может понравиться
Ремонт вентиляторов с оторванной обмоткой статора
Предохранитель является важным звеном для защиты наших электронных схем в случае какой-то неисправности. Самый распространённый тип предохранителя - механический или плавкий . Он позволяет в случае превышения тока в контролируемой цепи, разорвать её, путём перегорания. Т.е. сам выходит из строя, сохраняя схему .
От сюда вытекает главный недостаток такой защиты - после её срабатывания мы вынуждены заменить предохранитель . Раньше со многими электронными устройствами поставлялся целый комплект дополнительных предохранителей. А если причина неисправности не устранена, или устранена, но не сразу? То весь комплект «уходил» на ремонт.
Во многих схемах используется электронная защита узлов - электронный предохранитель , который нет необходимости менять после срабатывания защиты. В этой статье речь пойдёт о построении простой схемы электронного предохранителя при работе от напряжения постоянного тока.
Схема электрическая принципиальная устройства электронного предохранителя Схема электрическая принципиальная устройства электронного предохранителяСхема основана на n-mosfet транзисторе, вернее на его свойстве низкого сопротивления канала в открытом состоянии. Нагрузка включается последовательно с транзистором. Таким образом одним из важнейших параметров в этой схеме будет как можно меньшее влияние сопротивления транзистора VT2 на нагрузку. Выбирая транзистор это следует учитывать.
Напряжение для затвора VT2 формируется стабилизатором R1, VD1 и делителем R2, R3 . Движком резистора R3 выставляют предел срабатывания предохранителя.
Также к затвору транзистора VT2 подключен коллектор транзистора VT1 . При нормальном режиме работы он не оказывает никакого влияния на работу схемы.
С увеличением тока нагрузки, будет расти напряжение на обкладках конденсатора С1 , и когда оно достигнет порога открытия, транзистор VT1 заблокирует затвор VT2 .
Для демонстрации работы использована программа Multisim , где в качестве нагрузки выступает переменное сопротивление 10 Ом , а источник питания на 12 В .
Этот обзор не планировался.
Но я купил устройство, у которого большие проблемы с зарядкой.
Из-за чего мне пришлось покупать специальное зарядное устройство с ограничением тока и напряжения.
Но после заказа в отзывах появились страшные фотки содержимого этой зарядки.
Из-за чего мне пришлось её разобрать и изучить.
Но на месте входного предохранителя в ней стоял какой-то необычный мощный резистор.
Из-за чего мне пришлось разобраться, что это и почему оно там оказалось…
Началось всё с приобретения некоторого устройства, у которого были большие проблемы с зарядкой.
Если коротко, то там нет управления током заряда и при зарядке мощным блоком питания, ток заряда уходит в космос и срабатывает защита аккумулятора.
В качестве решения я приобрёл специальное зарядное устройство, напряжением 4.2 В и декларируемым током 2 А.
В реальности, судя по отзывам, ток там меньше и это меня вполне устраивает.
Но меня не устраивает что там внутри. Уже после заказа появился отзыв с такими фотками:
Там правда она была на другое напряжение, но тем не менее.
Сказать, что внутренний мир зарядки меня не впечатлил, это значит не сказать ничего.
Поэтому по её приходу решил разобрать и оценить масштаб бедствия самостоятельно.
Вот собственно виновница торжества:
Выходной штекер 5.5 x 2.1.
Напряжение 4.24 В (думаю мой мультиметр слегка завышает показания, примерно на 0,03 В).
Максимальный ток удалось выжать 1850 мА.
На холостом ходу индикаторный светодиод светит зелёным, при увеличении нагрузки постепенно, в соответствии со значением нагрузки, меняет цвет до красного.
Но при КЗ опять зеленеет и гаснет. Т.е., видимо, схема индикации питается от выходного же напряжения.
Корпус собран на защёлках.
Разбираем, и… видим немного другую картину, не как в отзывах:
Схема индикации на сдвоенном операционнике LM358:
Маркировка контроллера затёрта, но зато видна на диодном мосту:
Деталей в зарядке побольше, чем на фото в отзывах, общее качество сборки удовлетворительное, но схемотехника всё равно ужасна.
Из серьёзных минусов — Y конденсатор оказался не Y:
Изоляция платы от контактов вилки мягко говоря так себе:
Очень маленький трансформатор. Хотя может быть 7-8 Вт выходной мощности он и потянет?
И вместо предохранителя на входе впихнули резистор. Хотя на плате место обозначено предохранителем:
В общем, обычное китайское удешевление, ничего особенного. Но что-то меня всё-таки дёрнуло заняться изучением этого резистора.
Пособирав информации в разных источниках, я всё-таки выяснил, что это не простой резистор.
Здесь я нашёл описание, в точности подходящее под него.
Примерный перевод части текста оттуда:
Это проволочный резистор, изготовлен из материала, который имеет характеристики плавления без пламени или без избыточного тепловыделения при превышении тока через него. Выглядит он шероховатым и несколько больше по размеру и не имеет глянцевой поверхности, как обычный резистор. Этот резистор всегда соединяется последовательно во входной цепи питания.
Давайте рассмотрим наш резистор покрупнее:
И правда, при внимательном рассмотрении видны витки проволоки. Покрыт он действительно матовой шершавой мастикой. От себя добавлю, возможно, это препятствующий горению какой-то антипирен ну или просто негорючий минеральный материал.
Блестят только цветные полосы маркировки.
А теперь сравним с обычным резистором похожего размера:
Разница хорошо заметна.
Видимо, эта деталь действительно относится к классу плавких резисторов-предохранителей.
В подтверждении того, что существование таких элементов не миф, я нашёл даташит
В нём действительно заявлено антипиреновое (самозатухающее) покрытие:
Ссылка на сам резистор.
Подобные резисторы могут быть разных видов:
На Али ищутся по ключевым словам: Fuse Resistor или Fusible resistor.
Другой вопрос, насколько эти китайские изделия соответствует гордому званию плавких резисторов-предохранителей?
Впрочем, и по фирменному даташиту, устройства эти весьма неспешные.
Даже сорокакратное превышение мощности на нём, приводит к срабатыванию только через 10 секунд:
Перегорают (или сгорают?) при этом они как-то так:
Насколько это хуже или лучше полного отсутствия такого резистора, это уже, возможно, тема другого обзора или обсуждения в комментариях к этой.
Например, на фото из отзывов обозреваемого блока питания такой резистор отсутствует. В то же время их часто используют в светодиодных лампах.
В этой статье, я немного расскажу об основах ремонта компьютерных, импульсных блоков питания стандарта ATX. Это одна из первых моих статей, я написал её примерно 5 лет назад, по этому прошу строго не судить.
Меры предосторожности.
Ремонт импульсных БП, довольно опасное занятие, особенно если неисправность касается горячей части БП. Поэтому делаем всё вдумчиво и аккуратно, без спешки, с соблюдением техники безопасности.
Силовые конденсаторы могут длительное время держать заряд, поэтому не стоит прикасаться к ним голыми руками сразу после отключения питания. Ни в коем случае не стоит прикасаться к плате или радиаторам при подключенном к сети блоке питания.
Для того чтобы избежать фейерверка и сохранить ещё живые элементы следует впаять 100 ватную лампочку вместо предохранителя. Если при включении БП в сеть лампа вспыхивает и гаснет – все нормально, а если при включении лампа зажигается и не гаснет – где-то короткое замыкание.
Проверять блок питания после выполненного ремонта следует вдали от легко воспламеняющихся материалов.
Инструментарий.
Паяльник, припой, флюс. Рекомендуется паяльная станция с регулировкой мощности или пара паяльников разной мощности. Мощный паяльник понадобиться для выпаивания транзисторов и диодных сборок, которые находятся на радиаторах, а так же трансформаторов и дросселей. Паяльником меньшей мощности паяется разная мелочевка.
Отсос для припоя и (или) оплетка. Служат для удаления припоя.
Отвертка
Бокорезы. Используются для удаления пластиковых хомутов, которыми стянуты провода.
Мультиметр
Пинцет
Лампочка на 100Вт
Очищенный бензин или спирт. Используется для очистки платы от следов пайки.
Устройство БП.
Немного о том, что мы увидим, вскрыв блок питания.
Внутреннее изображение блока питания системы ATX
A – диодный мост, служит для преобразования переменного тока в постоянный
B – силовые конденсаторы, служат для сглаживания входного напряжения
Между B и C – радиатор, на котором расположены силовые ключи
C – импульсный трансформатор, служит для формирования необходимых номиналов напряжения, а также для гальванической развязки
между C и D – радиатор, на котором размещены выпрямительные диоды выходных напряжений
D – дроссель групповой стабилизации (ДГС), служит для сглаживания помех на выходе
E – выходные, фильтрующие, конденсаторы, служат для сглаживания помех на выходе
Распиновка разъема 24 pin и измерение напряжений.
Знание контактов на разъеме ATX нам понадобится для диагностики БП. Прежде чем приступать к ремонту следует проверить напряжение дежурного питания, на рисунке этот контакт отмечен синим цветом +5V SB, обычно это фиолетовый провод. Если дежурка в порядке, то следует проверить наличие сигнала POWER GOOD (+5V), на рисунке этот контакт помечен серым цветом, PW-OK. Power good появляется только после включения БП. Для запуска БП замыкаем зеленый и черный провод, как на картинке. Если PG присутствует, то, скорее всего блок питания уже запустился и следует проверить остальные напряжения. Обратите внимание, что выходные напряжения будут отличаться в зависимости от нагрузки. Так, что если увидите на желтом проводе 13 вольт, не стоит беспокоиться, вполне вероятно, что под нагрузкой они стабилизируются до штатных 12 вольт.
Если у вас проблема в горячей части и требуется измерить там напряжения, то все измерения надо проводить от общей земли, это минус диодного моста или силовых конденсаторов.
Визуальный осмотр.
Первое, что следует сделать, вскрыть блок питания и произвести визуальный осмотр.
Если БП пыльный вычищаем его. Проверяем, крутится ли вентилятор, если он стоит, то это, скорее всего и является причиной выхода из строя БП. В таком случае следует смотреть на диодные сборки и ДГС. Они наиболее склонны к выходу из строя из- за перегрева.
Далее осматриваем БП на предмет сгоревших элементов, потемневшего от температуры текстолита, вспученных конденсаторов, обугленной изоляции ДГС, оборванных дорожек и проводов.
Первичная диагностика.
Перед вскрытием блока питания можно попробовать включить БП, чтобы наверняка определиться с диагнозом. Правильно поставленный диагноз – половина лечения.
Неисправности:
БП не запускается, отсутствует напряжение дежурного питания
БП не запускается, но дежурное напряжение присутствует. Нет сигнала PG.
БП уходит в защиту,
БП работает, но воняет.
Завышены или занижены выходные напряжения
Предохранитель.
Если вы обнаружили, что сгорел плавкий предохранитель, не спешите его менять и включать БП. В 90% случаев вылетевший предохранитель это не причина неисправности, а её следствие. В таком случае в первую очередь надо проверять высоковольтную часть БП, а именно диодный мост, силовые транзисторы и их обвязку.
Варистор
Задачей варистора является защита блока питания от импульсных помех. При возникновении высоковольтного импульса сопротивление варистора резко уменьшается до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее и рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. При перенапряжении в сети варистор резко уменьшает свое сопротивление, и возросшим током через него выжигается плавкий предохранитель. Остальные элементы блока питания при этом остаются целыми.
Варистор выходит из строя из-за скачков напряжения, вызванными например грозой. Так же варисторы выходят из строя, если по ошибке вы переключили БП в режим работы от 110в. Вышедший из строя варистор обычно определить не сложно. Обычно он чернеет и раскалывается, а на окружающих его элементах появляется копоть. Вместе с варистором обычно перегорает предохранитель. Замену предохранителя можно производить только после замены варистора и проверки остальных элементов первичной цепи.
Диодный мост
Диодный мост представляет собой диодную сборку или 4 диода стоящие рядом друг с другом. Проверить диодный мост можно без выпаивания, прозвонив каждый диод в прямом и обратном направлениях. В прямом направлении падение напряжения должно быть около 500мВ, а в обратном звониться как разрыв.
Диодные сборки измеряются следующим образом. Ставим минусовой щуп мультиметра на ножку сборки с отметкой «+», а плюсовым щупом прозваниваем в направления указанных на картинке.
Конденсаторы
Вышедшие из строя конденсаторы легко определить по выпуклым крышкам или по вытекшему электролиту. Конденсаторы заменяются на аналогичные. Допускается замена на конденсаторы немногим большие по ёмкости и напряжению. Если из строя вышли конденсаторы в цепи дежурного питания, то блок питания будет включаться с n-ого раза, либо откажется включаться совсем. Блок питания с вышедшими из строя конденсаторами выходного фильтра будет выключаться под нагрузкой либо так же полностью откажется включаться, будет уходить в защиту.
Иногда, высохшие, деградировавшие, конденсаторы выходят из строя, без каких либо видимых повреждений. В таком случае следует, предварительно выпаяв конденсаторы проверить их емкость и внутренние сопротивление. Если емкость проверить нечем, меняем все конденсаторы на заведомо рабочие.
Читайте также: