РАДИОпитание

Компьютерный АТХ БЛОК ПИТАНИЯ

В данной статье речь пойдёт об устройстве компьютерного АТХ блока питания (далее – БП). С одной стороны, может показаться, что видов, типов, конструкций, схем таких блоков великое множество и разобраться во всём этом могут только великие специалисты (или «эксперты», как принято сегодня на западный манер их называть). Это не совсем так. Взгляните на разные компьютерные БП: их корпуса не только имеют стандартные размеры и крепления, но, оказывается, и их электронная «начинка» также во многом похожа. Схемы зачастую повторяют друг друга с некоторыми (а как же без них!) вариациями. С другой стороны, может показаться, что в Интернете «есть всё», и информацию о любом БП и любом его элементе найти совершенно просто. Но и это не совсем так. Посмотрите, почитайте и попробуйте сами.

План
1. Справочная информация.
  1.1. Форм-фактор – что это такое?
  1.2. Форм-фактор АТ;
  1.3. Форм-фактор АТХ.
2. Внешний «облик»: что общего и в чём разница?
3. Знакомимся ближе с БП АТХ.
  3.1. Структурная схема;
  3.2. Электрическая схема;
  3.3. Поиск соответствия.
4. Устройство реальногокомпьютерного ИБП.
4.1.Общий вид;
 4.2.Расположение основных элементов на плате ИБП:
    4.2.1.Вид ИБП со стороны «сетевых» элементов;
    4.2.2.Вид со стороны импульсного трансформатора;
    4.2.3.Вид со стороны выходных цепей и схемы управления;
    4.2.4.Вид со стороны схемы управления, элементов сетевого фильтра и элементов обратной связи.
5. «Разложение на элементы».
  5.1. Элементы сетевого фильтра;
  5.2. Элементы высоковольтного выпрямителя и фильтра;
  5.2. Ключевые элементы;
  5.4. Элементы фильтров выходных цепей;
  5.5. Элементы схемы управления;
  5.6. Импульсные трансформаторы;
  5.7. Силовые диоды.
6. Итоги.

1. Справочная информация.
1.1. Форм-фактор (от англ. formfactor) или типоразмер — стандарт, задающий габаритные размеры технического изделия, а также описывающий дополнительные совокупности его технических параметров, например форму, типы дополнительных элементов размещаемых в/на устройстве, их положение и ориентацию.Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и дополнительные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения, БП) других производителей в будущем.
Форм-фактор чаще всего употребляется в отношении корпусов компьютеров и их комплектующих — материнских и процессорныхплат, жёсткихдисков, плат расширения, БП и других периферийныхустройств.
1.2. AT (англ. AdvancedTechnology) — первый широко использовавшийся форм-фактор в персональных компьютерах. Данный Форм-фактор был создан компанией IBM в 1984 году и пришёл на смену ранее существовавшим форм-факторам PC и XT.
1.3. ATX (от англ. AdvancedTechnologyExtended) — форм-фактор персональных настольныхкомпьютеров. Является доминирующим стандартом для массово выпускаемых, начиная с 2001 года, компьютерных систем.

Стандарт ATX определяет следующие характеристики:
- геометрические размеры материнских плат;
- общие требования по положению разъёмов и отверстий на корпусе;
- форму и положение ряда разъёмов (преимущественно питания);
- геометрические размеры блока питания;
- положение креплений блока питания в корпусе;
- электрические характеристики БП.
Обращаю особое внимание на то, что электрические параметры БП жёстко привязаны к форм-фактору.

2.Внешний «облик»:
На фото БП форм-факторов АТ и АТХ. Их геометрические размеры одинаковы, но жгуты проводов отличаются довольно сильно.

У БП АТ (так в дальнейшем я буду его называть для краткости) через одно отверстие в корпусе выведены провода со специфическими разъёмами на концах для подключения питания к материнской плате, дисководам и индикатору; через другое – для подключения к сетевому выключателю.


Выходные напряжения БП АТ:

У БП АТХ жгут проводов один, разъёмы питания материнской платы имеют иную форму, имеется также разъём для подключения SATA-устройства.


Выходные напряжения БП АТХ:

СТАНДАРТНАЯ МАРКИРОВКА ПРОВОДОВ ПО ЦВЕТАМ:
черный — общий провод, «земля», GND
белый — минус 5V
синий — минус 12V
желтый — плюс 12V
красный — плюс 5V
оранжевый — плюс 3.3V
зелёный — включение (PS-ON)
серый — POWER-OK (POWERGOOD)
фиолетовый — 5VSB (дежурное питание).

Вскрытие корпусов показало значительную разницу, так сказать, в наполнении. На плате БП АТ все элементы «как на ладони», будто её создавали специально для подробного рассматривания и изучения.

Интересный момент.  На плате БП АТ чётко просматриваются пустые места, куда не установлены некие элементы или впаяны перемычки. Из соображений экономии производителей этих блоков, разумеется.
БП АТ ещё «живой» и будет в дальнейшем подвергнут модернизации (это отдельная тема).
На плате БП АТХ элементы расположены более плотно, поэтому не всё сразу видно и понятно. Но и пустых мест здесь, практически, нет.

БП АТХ попал ко мне уже «мёртвым», поэтому все дальнейшие операции по изъятию и изучению «органов» я буду выполнять именно на нём. Реанимацией заниматься не буду, у меня достаточно таких «живых» БП.

3. Более близкое «знакомство» с БП АТХ.
3.1. Структурная схема:

Конечно, это упрощённая структурная схема (сделана в программе sPlan 7.0). Тем не менее, на ней показаны все основные компоненты импульсного БП компьютера:

Структурная схема БП АТ отличается от приведённой отсутствием вторичных цепей 3,3В.
БП компьютера является импульсным. Принцип действия такого БП заключается в том, что он преобразует низкочастотное переменное напряжение сети 220В/50 Гц в постоянное 310В, которое вновь преобразуется в переменное высокой частоты (от 20 до 50 кГц), понижается до требуемых значений с помощью импульсного (его также называют силовым) трансформатора и снова преобразуется в постоянное. Вот такое получается двойное преобразование! Конечно, «на пальцах» всё это получается просто, а в действительности намного сложнее.
3.2. Электрическая схема компьютерного импульсного БП (далее – просто ИБП):

3.3. Соответствие структурной и принципиальной схем.
1 Блок – это сетевой фильтр, сетевой (высоковольтный) выпрямитель, высоковольтный фильтр (1, 2, 3).
2 Блок – это источник дежурного напряжения – ИДН (8).
3 Блок –это схема управления содержит ШИМ-контроллер (9, 12). Он осуществляет основные функции БП: защищает его  от коротких замыканий, стабилизирует выходные напряжения и формирует ШИМ-сигнал для управления транзисторными ключами, которые нагружены на импульсный трансформатор (подробнее см. мою статью «Импульсный блок питания» в разделе РАДИОпитание).
4 Блок – это основной инвертор на мощных транзисторах, работающих в ключевом режиме, и импульсный трансформатор (4, 5, 9).
5 Блок – это низковольтные выпрямители и фильтры (6, 7, 10, 11, 13, 14).

4. Устройство реальногокомпьютерного ИБП:
4.1. Общий вид
Вот таким БП АТХ попал ко мне:

Для лучшего обозрения я отпаял все провода:

4.2.Расположение основных элементов на плате ИБП

4.2.1. Вид ИБП со стороны «сетевых» элементов (см. 1 Блок на принципиальной схеме или элементы 1-4 на структурной схеме):

1- сетевой разъём
2 – сетевой предохранитель (лопнул!)
3 – элементы сетевого фильтра
4 – диодный мост
5 – конденсаторы высоковольтного фильтра
6 – ключевые транзисторы на радиаторе

4.2.2. Вид со стороны импульсного трансформатора (см. 4 Блок и 5 Блок на принципиальной схеме или элементы 5-7, 10-11, 13-14 на структурной схеме)

7 – импульсный (силовой) трансформатор
8 – радиатор с закреплёнными на нём выпрямительными диодами каналов 3В, 5В, 12В
9 – дроссели фильтров выходных цепей
10 – конденсаторы фильтров выходных цепей

4.2.3. Вид со стороны выходных цепей и схемы управления (2 Блок и 3 Блок на принципиальной схеме или элементы 8, 9, 12 на структурной схеме)

11 – элементы ИДН
12 – главный элемент схемы управления – ШИМ-контроллер

4.2.4. Вид со стороны схемы управления, элементов сетевого фильтра и элементов обратной связи (1 Блок, 2 Блок, 3 Блок на принципиальной схеме или элементы 1, 8, 9, 12 на структурной схеме)

13 – оптопара (элемент обратной связи)
14 – трансформатор преобразователя, формирующий дежурное напряжение +5В
15 – трансформатор, формирующий управляющие напряжения для выходных транзисторов преобразователя

4.2.5. Вид с обратной стороны печатной платы:

Чётко видна граница между первичными (слева) и вторичными (справа) электрическими цепями. Гальваническую развязку осуществляют импульсный и вспомогательные трансформатоы.«Земля» в первичных цепях называется «горячей», во вторичных (GND) – «холодной», и они никак гальванически не связаны.
Кстати, хорошо заметно по следам пайки с канифолью, что кто-то уже ремонтировал этот БП. Достиг ли он желаемого результата – неизвестно, а вот «мёртвый» БП – это факт!

5. «Разложение на элементы»
«Сестра, пинцет! Сестра, паяльник!!»
Приступаю к патологоанатомическому исследованию «трупа» БП АТХ:

5.1. Элементы сетевого фильтра удалены с платы:

Изъятые органы: лопнувший предохранитель, взорвавшийся термистор; дроссель и остальные конденсаторы, вроде бы, в нормальном состоянии.

5.2. Элементы высоковольтного выпрямителя и фильтра удалены с платы:

Изъятые органы: четыре диода RL205, два постоянных и два электролитических конденсатора 470мк Х 200В; на вид – все в нормальном состоянии.

Параметры диода RL205: максимальное постоянное обратное напряжение 600В, максимальный постоянный прямой ток 2А, рабочая температура -65 …+175°С.

5.3. Ключевые элементы – транзисторы – удалены с платы вместе с радиатором:

Изъятые органы: два транзистора Е13007-2 на радиаторена изолирующих прокладках; на вид – все в нормальном состоянии.

Праметры биполярного низкочастотного N-P-N транзистора Е13007:

5.4. Элементы фильтров выходных цепей (3В, 5В, 12В) удалены с платы:

Изъятые органы: пять дросселей однообмоточных (четыре цилиндрических и один тороидальный), один тороидальный дроссель с четырьмя обмотками (он шибко похож на трансформатор), восемь электролитических конденсаторов (1000мк Х 16В, 1000мк Х10В – 4 шт., 470мк Х 16В, 47мк Х 50В, 22мк Х 50В), три диода FR102, два транзистора А733 и 431А.
FR102 – импульсный диод: максимальное постоянное обратное напряжение 100В, максимальный постоянный прямой ток 1А, рабочая температура -65 …+150°С.

А733 – P-N-P транзистор; характеристики:  напряжение коллектор-эмиттер не более 50 В; напряжение коллектор-база не более 60 В; напряжение эмиттер-база не более 5 В; ток коллектора не более 0,15 А; рассеиваемая мощность коллектора не более 0,2 Вт; коэффициент усиления по току (hfe) от 90 до 600; граничная частота коэффициента передачи тока 150 МГц;
Параметры элемента 431А точно не определены. По одним данным – это транзистор, по другим –микросхема.
Например, TL431 – управляемый стабилитрон:

На некоторых фото тот же элемент TL431 стоит под заголовком «транзистор»(?!).
Но на элементах, которые я выпаял, нет буковок «TL».

5.5. Элементы схемы управления удалены с платы:

Изъятые органы:стабилизатор напряжения КА7905 на радиаторе, ШИМ-контроллер КА7500В, компаратор LM393P, один маленький дроссель, диод FR102, транзисторы С945 – 5 шт., А733, 431А, электролитические конденсаторы 470мк Х 16В – 2 шт., 47мк Х 50В, 22мк Х 50В, 4,7мк Х50В, 1мк Х 50В.

KA7905 – IC REGULATOR: 1A, -5V (1 на фото);
КА7500В – ШИМ-контроллер (2 на фото);
LM393P – двойной маломощный компаратор напряжения; характеристики: колич. каналов – 2, напр. питания – 4…30В, время задержки – 300 нс, ток потр. – 1 мА, темпер. диапазон – 0…70°С, напр. компенсации – 5 мВ (3 на фото);
С945 –N-P-Nтранзистор; характеристики:  напряжение коллектор-эмиттер не более 50 В; напряжение коллектор-база не более 60 В; напряжение эмиттер-база не более 5 В; ток коллектора не более 0,15 А; рассеиваемая мощность коллектора не более 0,2 Вт; коэффициент усиления по току (hfe) от 70 до 700; граничная частота коэффициента передачи тока 150 МГц. Комплементарной парой для C945 является транзистор A733 c P-N-P структурой (4 на фото);
А733 – транзистор уже встречался;
FR102 – импульсный диод уже встречался.
Параметры элемента 431А точно не определены.

5.6. Импульсные трансформаторы удалены с платы:

Прекрасно видны силовые диоды:

Изъятые органы: импульсный (силовой) трансформатор и два вспомогательных импульсных трансформатора, диоды FR102 и FR107, электролитический конденсатор 1мк Х 50В, два транзистора С945, оптопара 2561, микросхема 5H0165R.
FR102 – диод уже встречался;
С945 – транзистор уже встречался;
FR107 – диод импульсный, 1А, 1000В;
2561 – оптопара транзисторная, характеристики: тип выхода – фототранзистор, напряжение изоляции – 5 кВ, максимальный прямой ток – 80 мА, максимальное выходное напряжение – 80 В, время включения-выключения –3…5 мкс (1 на фото);
5H0165R на радиаторе – микросхема KA5H0165R (маркировка 5H0165R) - PowerSwitch (FPS) в корпусе TO-220F; её часто называют «дежуркой», стало быть, она является главным элементом ИДН (2 на фото). Вот как она «устроена»:

С импульсными трансформаторами сложнее. Можно наивно предположить, что они являются такими же стандартными деталями, как, например, транзисторы или диоды, поэтому маркируются стандартно (как советские ТН, ТАН или ТС). Значит найти их параметры (типоразмер, мощность, к-во витков и провод) довольно легко. Не тут-то было! Я нигде не нашёл параметров ИМЕННО ЭТИХ трансформаторов. Выбросить их жалко, а варить, разбирать и перематывать… Ну, вы понимаете, что я имею в виду.

5.7.Силовые диоды с радиатором удалены с платы:

Изъятые органы:
диод Шотткис двоенный S20C40C – 2 шт., диод Шоттки сдвоенный F16С20C, диод FR502.
S20C40S - диод Шоттки сдвоенный, 10Ах2=20А/40В,А-К-А, корпус ТО220;
F16C20C– диод Шоттки сдвоенный, 8Ax 2=16A/200V, А-К-А, корпус TO220
FR502 – быстро восстанавливающийся импульсный диод, характеристики: время восстановления – 150 нс, прямой импульсный ток – 200 А, максимальное пропускное напряжение – 1,3 В, периодическое обратное напряжение – 100 В, выходной ток – 5 А, ток утечки – 10 мкА, ёмкость перехода – 65 пФ.

6. Итоги.
6.1. Как было сказано ранее, я не ставил целью «реанимацию» данного ИБП. Я хотел посмотреть, что есть что, и для чего оно предназначено. Разумеется, точно привязать тот или иной компонент к конкретному узлу ИБП не представляется возможным, поскольку невозможно определить тип данного ИБП. Ориентируясь на основные активные элементы, я также не нашёл в Сети принципиальную схему, соответствующую именноэтому блоку.
6.2. Достаточно ли того, что здесь изложено и показано, чтобы ремонтировать и модернизировать ИБП? Думаю, что НЕ ДОСТАТОЧНО. Для этого надо много ещё чего не просто почитать, а изучить (если Вы не «эксперт» в электронике). Особенно того, что касается работы ШИМ-контроллера и его «обвязки».
6.3. Можно разложить «изъятые органы в банки с формалином» с целью дальнейшей их демонстрации подрастающему пытливому поколению, а можно попытаться применить в каких-либо электронных самоделках.

Для более подробной информации о компонентах совсем несложно найти их DataSheet’ы.
6.4. Само собой, СОВРЕМЕННЫЕ компьютерные ИБП устроены ещё сложнее, чем «препарированный», но этот аспект я тут даже по касательной не затрагиваю, поскольку не имею пока ещё таких «трупов».

© SEkorp, 18-nov-2016

НАЗАД на страницу РАДИОпитание