Управление блоком питания компьютера

Обновлено: 03.07.2024

Некоторые аспекты управления питанием

Данная статья не является обзором нового продукта, серьезной аналитикой или репортажем с места события. Точнее всего ее жанр можно определить как «Хозяйке на заметку», так что многие пользователи не найдут в ней для себя ничего нового, а кому-то описанные в ней вещи покажутся слишком тривиальными для того, чтобы на их описание приходилось тратить время. Однако, как показала практика, подобные статьи нужны, поскольку позволяют снять немало на первый взгляд глупых, но отравляющих жизнь пользователя, вопросов. В нужности подобных заметок я уже убедился, когда разобрался со, скажем так, не всегда адекватным поведением популярного файлового менеджера Total Commander совместно с внешними USB-накопителями: статья написана почти три года назад, а благодарности за нее по почте мне приходят до сих пор (а опыт показывает, что, если уж человек не пожалел времени на то, чтобы сказать «Спасибо!» по почте, значит затронутый вопрос успел попортить ему немало крови). Поэтому я и решил написать нечто подобное :)

АТХ и обработка пропадания питания

А теперь вернемся к основной теме нашего повествования.

«Проклятие» ACPI-кнопок

Откройте апплет «Электропитание» «Панели управления». Выберите вкладку «Дополнительно». Именно с ее помощью можно настраивать поведение кнопок управления питанием. Замечу, что их наличие и количество система определяет корректно.

Вот это скриншот с рабочей машины, где на клавиатуре есть кнопки «Power» и «Sleep».

Внедрение USB как способ запутать ситуацию

Должно работать, но не хочет

А в случае проводных устройств все проблемы так или иначе связаны именно с питанием, благо им больше взяться неоткуда. Как я уже говорил, дежурная линия достаточно слабая, если на нее навесить много компонент, может и не выдержать. При этом устройство работать будет в те моменты, когда компьютер включен (благо в данном случае эта линия несколько разгружается за счет того, что с нее «снимают» часть компонентов материнской платы), а вот включаться компьютер не будет. Например, такое часто бывало на первом этапе внедрения PS/2, когда многие пользователи в целях экономии использовали старые АТ-клавиатуры со специальным переходником. Переходник был абсолютно пассивным, но вот все подобные вещи несколько миллиампер «воруют», а именно их могло и не хватать в конкретном случае. Впрочем, сегодня такие переходники уже экзотика, но вот двухстандартные клавиатуры, обычно комплектующиеся переходником USB-PS/2, нет. Последний аналогичные проблемы вызвать теоретически тоже способен. На практике с этим мне сталкиваться не доводилось, ввиду того, что энергопотребление современных периферийных устройств в несколько раз ниже, чем у «старых» АТ-клавиатур, так что им и того, что достается, чаще всего «хватает», однако «не встречал проблем» не означает «проблем не бывает», так что это тоже стоит иметь ввиду.

И еще одно тонкое место, появившееся после перехода клавиатур на USB. Дело в том, что производители все чаще размещают в них пассивные USB-хабы, которые тоже являются весьма активными потребителями электроэнергии. Особенно относительно старые их модели, не умеющие динамически подстраивать питание на портах, так что запрашивающие у компьютера всегда по максимуму. В данном случае клавиатура легко способна требовать 300-400 мА, что ей могут и не обеспечить.

Итого

Ускоряет систему, реестр и доступ в Интернет. Оптимизирует, чистит и исправляет все проблемы с ПК в 1 клик. Выявляет и удаляет шпионские и рекламные модули.
Программа - победитель многих конкурсов. Подробнее

Battery Monitor - гаджет для ОС Windows Vista/7/8/8.1/10, который информирует пользователя о текущем состоянии батареи и используемом плане электропитания. Утилита позволяет изменить схему управления питанием.

get_app10 339 | Бесплатная |

AutoOff - небольшая, но достаточно удобная программа для выключения или перезагрузки компьютера в определенное время.

get_app3 062 | Бесплатная |

Крохотная портативная утилита, с помощью которой можно легко управлять параметрами питания. Пользователь может задавать промежутки времени через которые будет автоматически выключен монитор, активирован режим сна или включится другой план электропитания.

get_app1 362 | Бесплатная |

Dont Sleep - портативная бесплатная утилита, которая временно может отключить настройки электропитания. Можно выбрать, что именно отключать - хранитель экрана, режим гибернации, блокировку рабочего стола.

get_app6 220 | Бесплатная |

BatteryInfoView - небольшая бесплатная утилита, которая отображает текущее состояние батареи ноутбука (нетбука), а также предоставляющая пользователю массу полезной информации, как например название, производитель, серийный номер, дата изготовления.

get_app13 872 | Бесплатная |

Battery Limiter - виджет на рабочий стол, который позволит Вам управлять зарядом батареи аккумулятора ноутбука.

get_app2 096 | Бесплатная |

BATExpert - небольшая утилита для предоставления информации о состоянии батареи ноутбука.

get_app3 905 | Бесплатная |

Wise Auto Shutdown - простая программа, с помощью котрой можно планировать выключение компьютера, перезагрузку, выход из системы.

get_app26 451 | Бесплатная |

Небольшая портативная утилита, которая предназначена для блокировки выключения компьютера, входа в режим ожидания, спящий режим или режим гибернации. Имеется возможность отключения заставки, блокировки выключения монитора, присутствует встроенный таймер.

get_app543 | Бесплатная |

Небольшое портативное бесплатное приложение для Windows, позволяющее легко управлять планами питания на ПК. Программа поддерживает пользовательские планы электропитания. Также приложение позволяет легко экспортировать или импортировать любой план питания.

get_app151 | Бесплатная |

Таймер выключения - удобная программа, с помощью которой настраивается определенное время выключения компьютера.

get_app7 898 | Бесплатная |

KSA Power Supply Calculator WorkStation - небольшая, но полезная утилита, позволяющая рассчитать оптимальную мощность блока питания компьютера и источника бесперебойного питания (UPS).

get_app20 551 | Бесплатная |

Battery Mode - приложение, которое заменяет стандартный индикатор батареи Windows на более красивый и функциональный, а также добавляет удобное управление подсветкой.

get_app4 186 | Бесплатная |

WakeMeOnLan - небольшая бесплатная утилита, которая позволяет удаленно включить один или несколько компьютеров посредством отправки через сеть Wake-On-LAN (WOL) пакетов.

get_app29 365 | Бесплатная |

Отличная программа для тех, кто ведет здоровые образ жизни, и желающих похудеть. Присутствует тренировки для похудения и ведение дневника, возможность индивидуального составления рационов блюд, оптимизация питания по калорийности, отчеты в RTF и Excel.

Каждый пользователь компьютера сталкивался хотя бы раз в своей жизни с такой ситуацией: ты ушёл к себе на работу, почти доехал до неё и вдруг вспомнил,- что забыл взять со своего личного компьютера какую-то очень важную вещь.

Ехать обратно — опоздаешь на работу. А ведь ситуация может развиваться и гораздо более драматично: допустим, человек поехал куда-то далеко за рубеж, в отпуск, и там ему приходит важный звонок, по результатам которого ему необходимо передать своему визави,- определённые документы. А документы остались дома! А дом находится за границей!

Или вот ещё такая беда: ваш персональный компьютер является мощной графической станцией, на которой установлено множество тяжёлых программ для работы с графикой, программными продуктами. А вы перемещаетесь по городу, имея в руках всего лишь «тонкий» клиент, в виде ноутбука…

Из этого описания становится понятно, что «тонкий» клиент не обладает соответствующей производительностью, для запуска множества высокопрофессиональных программ и проектов. Да и если даже он у вас достаточно мощный, — это в принципе неудобно, каждый раз синхронизировать проекты с «тонким» клиентом. Как быть в описанных выше ситуациях — мы и поговорим в этой статье.

На самом деле, указанная проблема очень легко решается: установкой на ваш персональный компьютер системы удалённого включения/выключения и перезагрузки. Этот подход позволит всегда иметь под рукой всю мощь вашей домашней машины и все необходимые документы, и проекты, хранящиеся на ней.

До начала описания своей разработки, хочу сказать, что конечно, она не является единственно возможным способом для удалённого включения выключенного компьютера. Например, хорошо известна технология Wake-on-LAN. Суть этой технологии заключается в том, что она позволяет включить выключенный компьютер, отправкой специального пакета на его MAC-адрес.

Сетевой адаптер компьютера, поддерживающего Wake-on-LAN, находится в этот момент в режиме пониженного потребления и анализирует все пакеты на него. Если одним из поступающих пакетов окажется так называемый magic packet, сетевой адаптер выдаст сигнал на включение питания компьютера.

Согласно wiki: Magic packet — это специальная последовательность байтов, которую для нормального прохождения по локальным сетям можно вставить в пакеты транспортного уровня, не требующие установки соединения (например, протокол UDP или устаревший IPX). Обычно для Wake-on-LAN пакеты протоколов верхнего уровня рассылают широковещательно, так как в случае динамического присвоения адресов неизвестно, какой IP-адрес соответствует какому MAC-адресу. Однако, для корректного прохождения через маршрутизатор, запрещающий широковещательные пакеты, можно послать пакет по какому-то определённому адресу.

Из минусов данной технологии стоит отметить, что она:

должна поддерживаться аппаратно (например, мой компьютер её не поддерживает, насколько мне известно); некоторые пользователи, наблюдаются проблемы с восстановлением работы, если пропадало напряжение в сети или компьютер вынимали из розетки;
является небезопасной, хотя бы даже из-за этого.

В любом случае, я подумал, что создание девайса, о котором пойдёт дальше речь, будет интересной затеей, так как:

это более безопасно, чем Wake-on-LAN;
можно установить даже на устройства, не поддерживающие Wake-on-LAN;
прошивка устройства снабжена средствами восстановления связи, после пропадания питания/перезагрузки;
позволяет принудительно перезагрузить «зависший» компьютер — удалённо;
в принципе интересно, так как позволяет реализовать новый девайс на esp32, в рамках растущего «интернета вещей».

▍ Итак, приступим.

Некоторое время назад, решение указанной проблемы было достаточно затруднённым: необходимо было обладать достаточно высоким уровнем профессионализма и наличием глубоких знаний в области электроники, чтобы собрать требуемое для решения этой задачи устройство.

С появлением платформы Arduino, данная задача существенно облегчилась, однако, она продолжала оставаться достаточно неудобной в своей реализации, ввиду наличия клубка проводов, соединяющих требуемые компоненты, либо, ввиду необходимости покупки соответствующих wi-fi шилдов.

В текущее же время, этот вопрос ещё более облегчился, из-за появления платы espressif esp32. Для тех, кто не знает, это двухъядерный модуль, содержащий множество необходимых для любого самодельщика свойств. В рамках же данного проекта, нас будет интересовать наличие встроенного wi-fi модуля.

Использование этой платы позволит нам легко и просто построить требуемое устройство, не загромождая всё проводами и за достаточно малую цену. Рискну предположить, что суммарная стоимость компонентов нашего решения не превысит 350-400 руб.

Для того, чтобы создать устройство, нам понадобится всего лишь четыре резистора, два мосфет- транзистора и плата esp32.

2 резистора на 10 кОм, мощностью на 1 ватт или меньше;
2 резистора на 100 Ом, мощностью на 1 ватт или меньше;
2 мосфет-транзистора с логическим уровнем IRLZ44NPBF;
1 модуль микроконтроллера esp32

По набору компонентов, искушённый читатель сразу понял, что мы будем делать: с помощью esp32 мы будем управлять ключами на основе мосфет-транзисторов.

При использовании мосфет-транзистора нужно иметь в виду один нюанс: транзистор должен открыться полностью, если этого не произойдёт, то он в работе будет сильно греться и будет фактически, работать в роли резистора.

В данном конкретном случае, это, конечно, не так важно, так как мы будем коммутировать достаточно малые токи кнопки включения/выключения и reset-a.

Кстати, весьма рекомендую к прочтению хорошую статью про подбор мосфетов.

Конечно, можно не напрягаться и взять релейные модули для ардуино:

Но это не наш путь и вот почему: а) щелчки реле; б) наклёп контактов; в) высокое энергопотребление релейным модулем.

Оно нам надо? Нет, оно нам не надо :-)

Так как мы хотим сделать «всё красиво» — мы будем использовать специальные мосфеты с логическим уровнем.

В рамках данного проекта, я выбрал мосфет-транзистор IRLZ44NPBF. У него порог срабатывания от 2 Вольт. То, что надо.

Как собрать ключ на мосфете — можно почитать тут.

По поводу конкретных силовых исполнительных устройств более-менее всё понятно. Однако нам ведь нужно ещё и каким-то образом «рулить» esp32 внешнего интернета!

То есть, задача в общем виде представляется следующей: некий интерфейс из внешнего интернета, зная IP адрес esp32, может отдавать ей команды.

Однако, подключение к устройству, находящемуся в сети за роутером, может стать неудобством, ввиду, как минимум, смены IP адреса у управляемого устройства, после каждой перезагрузки.

Да, вы скажете, что IP на самом деле не меняется, он может поменяться, только если кто-нибудь из домашних тоже подключится к сети, в тот момент, пока esp32 перезагружается, и ей придётся взять другой свободный IP.

Как бы там ни было, но все эти частности не важны, так как данный вопрос можно решить намного проще, чем выяснять какой текущий IP у платы и каким образом его сообщить во внешний интернет: для этого мы будем использовать протокол mqtt. Для тех, кто не сталкивался, вкратце можно сказать, что протокол предназначен для интернета вещей, «умного» дома и не только.

Использование протокола позволяет с лёгкостью обойти проблему прохода за роутер (тут следует сделать оговорку, что мы делаем допущение, что большая часть пользователей интернета, которая выходит в сеть, используя персональные компьютеры, имеют дома wi-fi точку доступа в виде роутера).

❒ В нашем случае, использование протокола будет выглядеть следующим образом:

Значение отправляемых цифр:

0 — «выключить компьютер»;
1 — «включить компьютер»;
2 — «перезагрузить компьютер»;

Как работать с клиентом: при запуске указанного выше mqtt-клиента — мы видим вот это окно. Ничего в нём не меняем, жмём кнопочку «Connect»:

Вводим топик и жмём «Subscribe»:

Топик, на который мы подписались — появился справа, наверху:

То есть, для работы всей системы нужны:

компьютер с установленной в него сборкой на базе esp32;
точка доступа wifi (домашний роутер);
MQTT-брокер;
публичный MQTT-клиент (который мы запускаем на смартфоне).

И работает оно так (текст оттуда же):

Модифицируем её для нашего случая:

Прошивка проекта написана в Arduino IDE и доступна на моём гитхабе.

Пробежимся по основным моментам.

Вы можете использовать любой другой — это вопрос исключительно предпочтений. Я выбрал этот и он у меня заработал. А так как я обычно иду по пути наименьшего сопротивления (в рамках парадигмы «и так сойдёт!» ), то искать что-то иное не было смысла. Ибо любая минута поиска — воровала у меня время, которое я мог бы с пользой провести, лёжа на диване, с думами о вечном :-))).

Для начала мы в блоке изначальной инициализации переменных указываем порт для подключения к mqtt брокеру, при необходимости — имя пользователя и его пароль(или имя и пароль оставляем пустыми, если брокер публичный — как в нашем случае):

Далее мы указываем два топика, — один из которых для публикации статуса компьютера в данный момент (то есть компьютер включён/выключен, или перезагружается):

Для подключения мосфет-транзисторов, я использовал пины, под номерами 19 и 21. Вы можете использовать, в принципе, любые допустимые пины, хорошее описание которых содержится по следующему адресу.

Из ещё одного интересного момента можно рассмотреть следующие три переменные:

В них мы задаем время в миллисекундах, в течение которого наше устройство будет держать нажатой соответствующую кнопку. Данные переменные вам нужно определить самостоятельно, опытным путём(если мои значения не будут работать)- для вашего конкретного компьютера, так как, вероятно, они могут отличаться в вашем конкретном случае. В прошивке значения переменных указаны для моего случая.

Ещё одним любопытным моментом, который некоторые могут не знать, является то, что встроенный в esp32 светодиод привязан к пину, под номером 2. Я решил, что «инженерия инженерией, но и красотень тоже должна быть». Поэтому наша esp-шка будет мигать встроенным светодиодом:

Теперь, что касается питания нашей сборки на esp32: единственный более-менее комфортный способ это осуществить,- запитать нашу сборку от дежурного питания компьютера. Так как наша сборка потребляет совсем немного, её подключение к дежурному питанию не должно вызвать проблемы с невозможностью включения компьютера из-за просадки напряжения.

А далее, когда компьютер включён — можно подключиться к нему, с помощью предварительно настроенных программ удалённого администрирования, удалённого рабочего стола и т.д. и т.п.

Ну, вот на этом кажется и всё. Ещё раз только остановлюсь на том факте, что вся эта идея со сборкой системы для удалённого управления компьютером была продиктована не только, и не столько потребностью в доступе к файлам (потому что, как альтернативу, можно купить в таком случае NAS), а скорее даже необходимостью иметь возможность доступа к своему пулу рабочих программ, которые установлены только на домашнем компьютере.

На рынке компонентов для персональных компьютеров (включая блоки питания для ПК и серверов) присутствует множество фирм, начиная от сверхкорпораций до малоизвестных мелких производителей. Несмотря на такое разнообразие, большинство БП строятся по схожему принципу, хотя и на разной элементной базе. Зная эти принципы, можно разобраться в работе любого источника питающих напряжений.

Устройство и общая структурная схема

Источник питающих напряжений для ПК строится по обычной по традиционной схемотехнике, характерной для импульсных БП со стабилизацией напряжения. Но схема блока питания компьютера стандарта ATX имеет дополнительные специфические узлы, позволяющие управлять модулем сигналами от материнской платы. Далее все блоки рассмотрены подробно.

Типовое построение входных цепей источника питающих напряжений.

Типовая схема содержит плавкий предохранитель, сгорающий при повышении потребляемого тока сверх номинала, а также варистор. В обычном режиме его сопротивление велико и он не участвует в работе узла. При выбросах в сети его сопротивление уменьшается, ток через него увеличивается, тем самым он ускоряет перегорание плавкой вставки. Также входные цепи содержат элементы фильтрации:

от синфазных помех (синфазный дроссель и конденсаторы Cy);
от дифференциальных помех (конденсаторы Cx и Cx1).

Реальные блоки питания могут содержать не все указанные элементы и наоборот – могут содержать дополнительные (два синфазных дросселя, терморезистор для ограничения тока заряда конденсаторов выпрямителя и т.п.).

Высоковольтный выпрямитель

Обычно выполняется по мостовой двухполупериодной схеме. Сглаживающие конденсаторы включены последовательно. Назначение такого включения двойное:

создание средней точки для питания полумостового инвертора;
создание схемы удвоения напряжения при питании сети от 110 вольт.

Работа выпрямителя в режиме двухполупериодного моста (а) и удвоителя (б).

Параллельно конденсаторам часто устанавливают резисторы для быстрого разряда емкостей при отключении питания, а также для выравнивания напряжения средней точки – оно может отличаться от половины Uпит из-за разного тока утечки оксидных конденсаторов. Для защиты от перенапряжений параллельно конденсаторам могут устанавливаться варисторы или стабилитроны.

Инвертор

Инвертор служит для преобразования выпрямленного сетевого напряжения в импульсное. Чаще всего они выполняются по двухтактной полумостовой схеме. Полумост является компромиссом между пушпульным и мостовым преобразователем – он свободен от выбросов напряжения, влекущих повышенные требования к параметрам транзисторов, для него применяются трансформаторы без средней точки в первичной обмотке и в нем используется всего два транзистора. Но к первичной обмотке прикладывается только половина напряжения питания (формируется за счет средней точки сглаживающего фильтра).

В некоторых источниках используются и однотактные прямоходовые инверторы (у обратноходовых с ростом мощности значительно растут габариты и масса импульсных трансформаторов).

Схема управления ключами

В стабилизированных источниках питания ключи управляются методом широтно-импульсной модуляции. На управляющие электроды транзисторов подаются импульсы, следующие с одинаковой частотой, но с регулируемой длительностью. Чтобы увеличить напряжение, длительность импульсов также увеличивается. Чтобы снизить выходной уровень, транзисторы открываются на меньшее время. Для организации ШИМ обычно применяются микросхемы. У них «на борту» имеется полный набор узлов от генератора и усилителя ошибки до выходных транзисторных ключей (впрочем, достаточно маломощных, чтобы обойтись без внешних силовых транзисторов).

Вторичные цепи

Напряжение с первичной обмотки импульсного трансформатора преобразуется в пониженное импульсное на вторичных обмотках, а далее выпрямляется и сглаживается.

Обмотки обычно выполняются с отводом от средней точки. Выпрямители при этом исполняются по мостовой схеме. Наиболее энергоемкие каналы (+5 и +12 вольт) запитываются от верхней части мостов (для них устанавливаются мощные вентили или сборки), а отрицательные напряжения снимаются с нижних диодов (они менее мощные). Дальше выпрямленные напряжения сглаживаются с помощью LC-цепей (они включают в себя и обмотки дросселя групповой стабилизации). Для напряжения +3,3 VDC обычно применяется отдельный выпрямитель, либо оно формируется из канала +5 VDC с помощью дополнительного линейного стабилизатора.

Схема дежурного напряжения

Напряжение Stand By нужно для питания участка схемы материнской платы ПК, отвечающего за старт компьютера. Также оно используется для питания микросхемы ШИМ и драйвера инвертора до того, как БП запущен. Обычно узел выполняется в виде отдельного генератора, питающегося от высоковольтного выпрямителя.

Из чего состоит блок питания компьютера — его функции и напряжение

Формирование сигнала PG и обработка сигнала PS_ON

За эту задачу отвечают отдельные участки схемы. При наличии всех (или части) питающих напряжений формируется сигнал PG (Power Good), сигнализирующий компьютеру об исправности блока питания. При получении от материнской платы сигнала PS_ON, запускается генератор контроллера ШИМ. У некоторых специализированных микросхем есть отдельные входы для формирования и обработки этих сигналов (LPG899, AT2005B). Также существуют микросхемы-супервайзеры, которые выполняют эти функции и генерируют сигналы управления. В некоторых БП эти задачи возложены на участки схемы на дискретных элементах.

Цепи обратной связи

В большинстве БП для поддержания уровня используется только одно напряжение (обычно, +12 VDC или +5 VDC). Остальные каналы включены в систему групповой стабилизации, влияющие на измеряемое напряжение. Такой принцип не позволяет добиться высокого коэффициента стабилизации, но значительно упрощает построение схемы БП ATX.

Описание схем блоков питания компьютера стандарта ATX

В качестве примеров рассматриваются несколько схем источников питания различной мощности. Схемы подобраны так, чтобы одинаковые функциональные узлы строились на различных элементах.

300-ваттный БП производства JNC computer

Выпрямитель на сборке RL205 особенностей не имеет, сглаживающий фильтр С1С2 одновременно выполняет функции делителя напряжения. Для выравнивания средней точки и быстрого разряда емкостей при выключении применены резисторы R13, R12 и варисторы V1, V2. От выпрямленного напряжения величиной около 310 вольт работает схема, формирующая дежурное напряжение.

Переделка компьютерного блока питания в лабораторный с регулировкой напряжения

Генератор выполнен на транзисторе Q3, первичные обмотки трансформатора T3 выполняют функцию нагрузки и обратной связи. Нижняя половина вторичной обмотки формирует собственно напряжение Stand By, которое выпрямляется диодом D7, сглаживается фильтром C13L2C14. Для его стабилизации организован еще один контур обратной связи через оптрон U1. Если выходной уровень повышается, свечение светодиода оптрона становится интенсивнее, приемный транзистор открывается, прикрывая транзистор Q4, который уменьшая напряжение на базе Q3, уменьшает время его открытого состояния. С двух обмоток (суммы верхней и нижней половин) снимается питание для микросхемы генератора и предварительного каскада инвертора. Оно выпрямляется диодом D8, сглаживается емкостью C12.

Средняя точка делителя выпрямленного высокого напряжения подключена к одному концу первичной обмотки импульсного трансформатора T3, защищенной от коммутационных выбросов снаббером R16C10. Другой конец первичной обмотки подключен к средней точке полумостового инвертора, образованного транзисторами Q1,Q2. Полумост изолирован от низковольтной части трансформатором T2. Импульсы на вторичных обмотках формируются драйвером на транзисторах Q5, Q6, которые, в свою очередь, попеременно открываются и закрываются под управлением выводов 7 и 8 микросхемы AT2005. Эта микросхема разработана для использования в качестве контроллера ШИМ в компьютерных блоках питания.

Как и любой PWM-контроллер она выполняет функции:

формирование импульсов управлениями транзисторами инвертора;
регулировка длительности импульсов в целях стабилизации выходных напряжений.

Кроме этого, она выполняет специфические для компьютерных БП задачи:

формирование сигнала Power_OK (PG);
запуск инвертора при получении сигнала Power_ON от материнской платы;
защита от превышения напряжений;
защита от снижения напряжений (при перегрузке).

Назначение выводов микросхемы указано в таблице.

Тип	Описание	Номер	Номер	Описание	Тип
Аналоговый вход	Контроль канала +3,3 вольта	1	16	Прямой вход усилителя ошибки	Аналоговый вход
Аналоговый вход	Контроль канала +5 вольт	2	15	Инверсный вход усилителя ошибки	Аналоговый вход
Аналоговый вход	Контроль канала +12 вольт	3	14	Выход усилителя ошибки	Аналоговый выход
Аналоговый вход	Внешняя блокировка	4	13	VCC	Питание
Питание	GND	5	12	Внешняя блокировка сигнала PG	Аналоговый вход
Подключение частотозадающего конденсатора	6	11	Сигнал PG	Логический выход
Аналоговый выход	Управление транзисторами драйвера	7	10	Конденсатор времени задержки сигнала PG
Аналоговый выход	Управление транзисторами драйвера	8	9	Включение микросхемы при низком уровне, выключение при высоком	Логический вход

В данном БП применяется микросхема AT2005. Ее не следует путать с широко распространенной AT2005B, имеющей иное расположение выводов. Полным аналогом AT2005 является микросхема LPG899.

Сигнал PG снимается с вывода 11, если напряжения на 1,2,3 выводах находятся в пределах нормы. С материнской платы сигнал Power_ON приходит на вывод 9 - если уровень становится низким, генерация запускается. При таком построении управление контроллером ШИМ не требует дополнительных элементов.

На выход 12 подается напряжение от средней точки драйвера – при исчезновении импульсов микросхема выключается. На вход 16 подается напряжение канала +12 вольт – так сформирована цепь обратной связи для регулирования напряжения. При повышении напряжения на выходе канала, длительность импульсов уменьшается, при снижении – увеличивается. Остальные каналы стабилизируются с помощью дросселя групповой стабилизации – он на схеме своего буквенного обозначения не имеет.

Фрагмент схемы вторичных цепей силового трансформатора с дросселем групповой стабилизации.

Он представляет собой дроссель с 5 обмотками, намотанными на одном тороидальном сердечнике. Каждая обмотка включается в цепь своего напряжения. Если изменяется напряжение любого канала, это приводит к соответствующему изменению в остальных каналах, включая +12 вольт. Изменение этого напряжения задействует ШИМ-регулятор и все остальные напряжения возвращаются в установленные пределы.

Импульсный трансформатор выполнен с одной вторичной обмоткой с выведенной средней точкой и двумя симметричными отводами, с которых снимается напряжение для каналов +5 и -5 вольт. С крайних выводов снимается напряжение для канала +12 VDC и -12 VDC. Все напряжения выпрямляются двухтактными мостовыми выпрямителями и сглаживаются фильтрами, в которые входит соответствующая обмотка дросселя групповой стабилизации, индивидуальные для каждого канала дроссели L6..L9 и конденсаторы. От канала +12 VDC питается вентилятор охлаждения – стабилизатор собран на транзисторе Q6 и стабилитроне ZD2.

Канал +3,3 VDC выполнен от отдельного выпрямителя на сборке D17 и диодах D14, D15. В схему группового регулирования этот канал не включен.

ATX 350 WP4

Следующий источник питания имеет мощность 350 W. Он построен по похожей схеме, в которой содержится ряд отличий от предыдущего БП:

входные цепи содержат два конденсатора защиты от синфазных помех (Cx, Cx2) и терморезистор для ограничения тока заряда конденсаторов;
в выходном каскаде инвертора применены намного более мощные транзисторы (с током коллектора 12 А против 3 А у предыдущего узла);
генератор дежурного напряжения выполнен на MOSFET.

Более глубокая разница состоит в применении микросхемы для ШИМ и в формировании сигнала PG и обработке команды PS_ON. Для управления широтно-импульсной модуляцией применена микросхема AZ7500BP – полный аналог популярнейшей TL494.

Эта микросхема более универсальна, содержит два усилителя ошибки, что позволяет организовать стабилизацию не только по напряжению, но и по току. TL494 позволяет более гибко управлять ШИМ (за счет настройки времени Dead Time – паузы между импульсами). Но она не содержит супервайзера по наличию и уровню выходных напряжений, и эту задачу надо решать отдельно. В данной схеме для этого применена микросхема LP7510. При наличии трех напряжений - +12 VDC, +5 VDC, +3,3 VDC на выводе 8 появится сигнал PG, который сообщит компьютеру об исправности БП. При получении от материнской платы на выводе 4 сигнала низкого уровня Power_ON, на выводе 3 появится высокий уровень, разрешающий запуск микросхемы TL494 и запуск БП.

Sparkman 400 W

Следующий блок питания – Sparkman 400 W. Его основная особенность – однотактный прямоходовый преобразователь. В качестве силового транзистора применен MOSFET SVD7N60F с током стока до 7 А, который напрямую управляется микросхемой KA3842. На ее вывод 1 через оптрон U38 заведена обратная связь, посредством которой регулируется выходной уровень путем изменения длительности импульсов.

Также применен дроссель групповой стабилизации. Для напряжения +3,3 VDC отдельной обмотки и выпрямителя не предусмотрено, оно формируется от канала +5 вольт с помощью отдельного стабилизатора на MOSFET SD1. Супервайзером напряжений, формирователем сигнала PG служит микросхема WT7510 в стандартном включении.

Схема формирования +5 V Stand By и другие узлы особенностей не имеют. Фильтр высоковольтного выпрямителя выполнен в виде делителя со средней точкой, которая в данном случае нужна для переключения сетевого напряжения с 220 VAC на 110 VAC. Во втором случае выпрямитель из мостового становится удвоителем сетевого напряжения.

Так как блок питания есть неотъемлемой частью ПК, то знать подробнее про него будет интересно каждому человеку связанным с электроникой и не только. От качества БП напрямую зависит работа ПК в целом.

И так, полагаю, что надо начать с самого простого, для каких целей предназначен блок питания:
— формирование напряжения питания компонентов ПК: +3,3 +5 +12 Вольт (дополнительно -12В и -5В);
— гальваническая развязка между 220 и ПК (чтобы не бился током, и не было утечек тока при сопряжении компонент).

Простой пример гальванической развязки это трансформатор. Но для питания ПК нужна большая мощность, а соответственно и трансформатор больших размеров (комп был бы очень большим :), и переносили его бы вдвоем из за немалого веса, но нас это миновало :)).
Для построения компактных блоков используется повышенная частота тока питания трансформатора, с ростом частоты для того самого магнитного потока в трансформаторе нужно меньшее сечение магнитопровода и меньше витков. Создавать легкие и компактные БП позволяет завышенная в 1000 и больше раз частота питающего напряжения трансформатора.
Основной принцип работы БП заключается в следующем, преобразование переменного сетевого напряжения (50 Гц) в пер. напряжение высокой частоты прямоугольной формы (был бы осциллограф показал бы на примере), которое с помощью трансформатора понижается, дальше выпрямляется и фильтруется.

Блок-хема импульсного БП.

1. Блок
Преобразовывает переменные 220В в постоянные.
Состав такого блока: диодный мост для выпрямления переменного напряжения + фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. А также должен быть (в дешевых БП на них экономят не впаивая, но я сразу рекомендую при переделке или ремонте их ставить) фильтр напряжения сети от пульсаций импульсного генератора, а также термисторы сглаживают скачок тока при включении.

На картинке фильтр, на схеме обозначен пунктиром, его мы встретим почти в любой схеме БП (но не всегда на плате :)).
2. Блок
Этот блок генерирует импульсы определенной частоты, которыми питается первичная обмотка трансформатора. Частота генерирующих импульсов у различных фирм производителей БП находится, где то в 30-200кГц пределах.
3. Блок
На трансформатор положены такие функции:
— гальваническая развязка;
— понижение напряжения на вторичных обмотках до необходимого уровня.
4. Блок
Этот блок преобразует напряжение, полученное от блока 3, в постоянное. Он состоит из выпрямляющих напряжение диодов и фильтра пульсаций. Состав фильтра: дроссель и группа конденсаторов. Часто для экономии конденсаторы ставят малой емкости, а дроссели малой индуктивности.

Импульсный генератор подробнее.

Схема ВЧ преобразователя состоит с мощных транзисторов, которые работают в режиме ключа и импульсного трансформатора.
БП может собой представлять однотактный и двухтактный преобразователь:
— однотактный: открывается и закрывается один транзистор;
— двухтактный: поочередно открываются и закрываются два транзистора.
Смотрим рисунок.

Элементы схемы:
R1 — сопротивление, задающее смещение на ключах. Необходимое для более стабильного запуска процесса колебаний в преобразователе.
R2 – сопротивление, ограничивающее ток базы на транзисторах, необходимо для защиты транзисторов от выхода из строя.
ТР1 — Трансформатор имеющий три группы обмоток. Первая формирует выходное напряжение. Вторая служит нагрузкой для транзисторов. Третья формирует управляющее напряжение для транзисторов.
При включении первой схемы транзистор приоткрыт совсем немного, потому, что к базе приложено положительное напряжение через резистор R1. На приоткрытом транзисторе протекает ток, который протекает через II обмотку. Ток создает магнитное поле. Магнитное поле создает напряжение в остальных обмотках. На III обмотке создается положительное напряжение, которое открывает транзистор еще больше. Процесс до тех пор происходит, пока транзистор не попадет в режим насыщения. Режим насыщения характеризуется тем, что при увеличении приложенного управляющего тока к транзистору, неизменным остается выходной ток.
Только при изменении магнитного поля генерируется напряжение на обмотках, при отсутствии изменений на транзисторе так же исчезнет и ЭДС в обмотках II и III. Когда напряжение на обмотке III пропадет, тогда и уменьшится открытие транзистора, а следовательно уменьшиться выходной ток транзистора и магнитное поле, что приведет к появлению напряжения противоположной полярности. Отрицательное напряжение на III обмотке еще больше закроет транзистор. Процесс длится пока магнитное поле не исчезнет полностью. Когда поле исчезнет, исчезнет отрицательное напряжение и процесс пойдет по кругу снова.
Двухтактный преобразователь работает так же, но так как в нем два транзистора, работающих поочередно, то такое применение повышает КПД преобразователя и улучшает его характеристики. В основном применяют двухтактные, но если надо малая мощность и габариты, а также простота, то однотактные.
Рассмотренные выше преобразователи есть законченными устройствами, но их применение усложняется разбросом различных параметров таких как: загруженности выхода, напряжения питания, и температуры преобразователя.

Управление ключами ШИМ контролером (494).

Преобразователь состоит из трансформатора Т1 и транзистора VT1. Сетевое напряжение через сетевой фильтр (СФ) подается на сетевой выпрямитель (СВ) диодный мост, фильтруется конденсатором Сф и через обмотку W1 подается на коллектор транзистора VT1. При подаче на базу транзистора импульса прямоугольной формы, он открывается и через него течет ток Iк который нарастает. Этот же ток протекающий и через первичную обмотку трансформатора Т1, приводит к тому, что увеличивается магнитный поток в сердечнике трансформатора, и наводится ЭДС самоиндукции во вторичной обмотке W2. В итоге на диоде VD появиться положительное напряжение. Увеличивая длительность импульса на базе транзистора VT1, будет увеличиваться напряжение во вторичной цепи, а если уменьшать длительность, то напряжение будет уменьшаться. Изменяя длительность импульса на базе транзистора, мы меняем выходное напряжения на W1 обмотке Т1, и осуществляем стабилизацию выходных напряжений блока питания. Нужна схема формирования импульсов запуска и управления их длительностью (широтой). Такой схемой используется ШИМ (широтно – импульсная модуляция) контроллер. ШИМ контроллер состоит из:
— задающего импульсного генератора (определяющего частоту работы преобразователя);
— схемы контроля;
— логической схемы, которая и управляет длительностью импульса;
— схемы защиты.
Это тема другой статьи.
Чтобы стабилизировать выходные напряжения БП, схема ШИМ контроллера «должна знать» величину выходных напряжений. Для этого используется цепь обратной связи (или цепь слежения), выполненная на оптопаре U1 и резисторе R2. Увеличение напряжения во вторичной цепи трансформатора Т1 приведет к увеличению интенсивности излучения светодиода, а следовательно уменьшению сопротивления перехода фототранзистора (входящих в состав оптопары U1). Это приводит на резисторе R2 включенном последовательно фототранзистору к увеличению падения напряжения, и уменьшению напряжения на выводе 1 ШИМки. Уменьшение напряжения заставляет логическую схему, составляющую ШИМ, увеличивать длительность импульса, пока напряжение на 1-м выводе не будет соответствовать заданным параметрам. Процесс обратный, когда напряжение уменьшается.
Есть две реализации цепей обратной связи:
— «непосредственная» на схеме выше, обратная связь снимается непосредственно с вторичного выпрямителя;
— «косвенная» снимается непосредственно с дополнительной обмотки W3 (смотрите рисунок ниже);
Изменение напряжения на вторичной обмотке приведет к изменению его на обмотке W3, которое через R2 передается на 1 вывод ШИМки.

Ниже приведена реальная схема БП.

1. Блок
Выпрямляет и фильтрует переменное напряжение, а также здесь находится фильтр от помех которые создает сам БП.
2. Блок
Этот блок формирует +5VSB (дежурное напряжение), а также питает контролер ШИМ.
3. Блок
На третий блок (ШИМ — контролер 494) положены такие функции:
— управление транзисторными ключами;
— стабилизация выходных напряжений;
— защита от короткого замыкания.
4. Блок
В состав этого блока входят два трансформатора, и две группы транзисторных ключей.
Первый трансформатор формирует напряжение управления для выходных транзисторов.
1 группа транзисторов усиливает генерируемый сигнал TL494 и передает его первому трансформатору.
2 группа транзисторов нагружена на основной трансформатор, на котором формируются основные напряжения питания.
5. Блок
В состав этого блока входят диоды Шоттки для выпрямления выходного напряжения трансформатора, а также фильтр низких частот. В состав ФНЧ входят электролитические конденсаторы больших емкостей (зависит от производителя БП) и дросселей, а также резисторов для разрядки этих конденсаторов при выключенном БП.

Немного о дежурке.

Различиями между блоками стандарта АТХ от БП стандарта АТ в том, что БП АТХ стандарта имеют источник дежурного напряжения питания. На 9 контакте (20 контактного, фиолетовый провод) разъема вырабатывается напряжение +5VSB которое идет на мат плату для питания схемы управления БП. Эта схема осуществляет формирования сигнала «PS-ON» (14 контакт разъема, зеленый провод).

В данной схеме преобразователь работает на частоте, определяемой в основном параметрами трансформатора Т3 и номиналами элементов в базовой цепи ключевого транзистора Q5 — емкостью конденсатора С28 и сопротивлением резистора начального смещения R48 [1]. Положительная обратная связь на базу транзистора Q5 поступает с вспомогательной обмотки трансформатора Т2 через элементы С28 и R51. Отрицательное напряжение с этой же обмотки после выпрямителя на элементах D29 и С27, в случае если оно превышает напряжение стабилизации стабилитрона ZD1 (в данном случае 16 В) также подается на базу Q5, запрещая работу преобразователя. Таким способом выполняется контроль за уровнем выходного напряжения. Напряжение питания с сетевого выпрямителя на преобразователь поступает через токоограничительный резистор R45, который при его выходе из строя можно заменить предохранителем на ток 500 мА, либо исключить совсем. В схеме на рис.1 резистор R56 номиналом 0.5 Ом, включенный в эмиттер транзистора Q5 является датчиком тока, при превышении тока транзистора Q5 выше допустимого напряжение с него через резистор R54 поступает на базу транзистора Q9 типа 2SC945 открывая его, и тем самым запрещая работу Q5. Подобным образом осуществляется дополнительная защита Q5 и первичной обмотки Т3. Цепочка R47C29 служит для защиты транзистора Q5 от выбросов напряжения. В качестве ключевого транзистора Q5 в указанной модели БП применяются транзисторы KSC5027.
В предыдущей моей статье БП был на аналогичных элементах (дежурка).

А теперь рассмотрим БП вживую.

1. Элементы фильтра сети от помех генерируемых БП.
2. Диодный мост, выпрямляющий переменные 220В.
3. Емкости фильтра сетевого напряжения.
4. Радиатор для выходных транзисторов преобразователя, а также транзистора преобразователя дежурки.
5. Основной трансформатор: развязка с сетью и формирование всех напряжений.
6. Трансформатор для формирования управляющего напряжения выходных транзисторов.
7. Трансформатор преобразователя, формирующий дежурное напряжение.
8. Радиатор для диодов Шоттки.
9. Микросхема ШИМ – контролера.
10. Фильтры выходных напряжений (электролитические конденсаторы).
11. Дроссели фильтра выходных напряжений.

На этом пока остановлюсь. Всем спасибо за столь долгое внимание.
Надеюсь хоть кому то принес пользу :) Жду комментариев и предложений по дополнению.
Продолжение будет.

Читайте также: