Атх блок питания: Стандарт АТХ блока питания

Сегодня хотел бы рассказать Вам о своём опыте переделки самого обычного китайского БП ATX в регулируемый источник питания со стабилизацией тока и напряжения(0-20А, 0-24В).

В этой статье мы подробно рассмотрим работу ШИМ контроллера TL494, обратной связи и пробежимся по модернизации схемы БП и разработке самодельной платы усилителей ошибок по напряжению и току.

Честно признаться, сейчас я даже не могу назвать модель подопытного БП. Какой-то из многочисленных дешевых 300W P4 ready. Надеюсь, не нужно напоминать, что на деле эти 300W означают не больше 150, и то с появлением в квартире запаха жареного.

Рассчитываю на то, что мой опыт сможет быть кому-то полезен с практической точки зрения, а потому упор сделаю на теорию. Без нее всё равно не получится переделать БП т.к. в любом случае будут какие-то отличия в схеме и сложности при наладке.

Схема БП ATX
Для начала пройдемся по схеме БП ATX на контроллере TL494(и его многочисленных клонах).
Все схемы очень похожи друг на друга. Гугл выдает их довольно много и кажется я нашел почти соответствующую моему экземпляру.

Ссылка на схему в полном размере

Структурно разделим БП на следующие блоки:
— выпрямитель сетевого напряжения с фильтром
— источник дежурного питания(+5V standby)
— основной источник питания(+12V,-12V,+3.3V,+5V,-5V)
— схема контроля основных напряжений, генерация сигнала PowerGood и защита от КЗ

Выпрямитель с фильтрами это всё что в левом верхнем углу схемы до диодов D1-D4.

Источник дежурного питания собран на трансформаторе Т3 и транзисторах Q3 Q4. Стабилизация построена на обратной связи через опторазвязку U1 и источнике опорного напряжения TL431. Подробно рассматривать работу этой части я не буду т.к. знаю, что слишком длинные статьи читать не очень весело. В конце я дам название книги, где подробно рассмотрены все подробности.

Обратите внимание, в схеме по ошибке и ШИМ контроллер TL494 и ИОН дежурного питания TL431 обозначены как IC1. В дальнейшем я буду упоминать IC1 имея ввиду именно ШИМ контроллер.

Основной источник питания собран на трансформаторе Т1, высоковольтных ключах Q1 Q2, управляющем трансформаторе Т2 и низковольтных ключах Q6 Q7. Всё это дело раскачивается и управляется микросхемой ШИМ контроллера IC1. Понимание принципа работы контроллера и назначения каждого элемента его обвязки — это как раз то, что необходимо для сознательной доработки БП вместо слепого повторения чужих рекомендаций и схем.

Механизм работы примерно таков: ШИМ контроллер, поочередно открывая низковольтные ключи Q6 Q7, создает ЭДС в первичной обмотке трансформатора Т2. Видите, эти ключи питаются низким напряжением от дежурного источника питания? Найдите на схеме R46 и поймете о чем я. ШИМ контроллер также питается от этого дежурного напряжения. Чуть выше я назвал трансформатор Т2 управляющим, но кажется у него есть какое-то более правильное название. Его основная задача — гальваническая развязка низковольтной и высоковольтной части схемы. Вторичные обмотки этого трансформатора управляют высоковольтными ключами Q1 Q2, поочередно открывая их. С помощью такого трюка низковольтный ШИМ контроллер может управлять высоковольтными ключами с соблюдением мер безопасности. Высоковольтные ключи Q1 Q2 в свою очередь раскачивают первичную обмотку трансформатора Т1 и на его вторичных обмотках возникают интересующие нас основные напряжения. Высоковольтными эти ключи называются потому, что коммутируют они выпрямленное сетевое напряжение, а это порядка 300В! Напряжение со вторичных обмоток Т1 выпрямляется и фильтруется с помощью LC фильтров.

Теперь, надеюсь, в целом картину вы себе представляете и мы можем идти дальше.

ШИМ контроллер TL494.
Давайте разберемся как же устроен ШИМ контроллер TL494.
Будет лучше, если вы скачаете даташит www.ti.com/lit/ds/symlink/tl494.pdf, но в принципе я постараюсь вынести из него самое главное с помощью картинок. Для более глубокого понимания всех тонкостей советую вот этот документ: www.ti.com/lit/an/slva001e/slva001e.pdf

Начнем, как это ни странно, с конца — с выходной части микросхемы.
Сейчас всё внимание на выход элемента ИЛИ (помечен красным квадратом).
Выход этого элемента в конкретный момент времени напрямую управляет состоянием одного или обоих сразу ключей Q1 Q2.
Вариант управления задаётся через пин 13(Output control).

Важная вещь №1: если на выходе элемента ИЛИ лог 1 — выходные ключи закрыты(выключены). Это верно для обоих режимов.
Важная вещь №2: если на выходе элемента ИЛИ лог 0 — один из ключей(или оба сразу) открыт(включен).

Вырисовывается следующая картина: по восходящему фронту открытый ранее транзистор закрывается(в этот момент они оба гарантированно закрыты), триггер меняет своё состояние и по нисходящему фронту включается уже другой ключ и будет оставаться включенным пока снова не придет восходящий фронт и не закроет его, в этот момент опять триггер перещёлкивается и следующий нисходящий фронт откроет уже другой транзистор. В single ended режиме ключи всегда работают синхронно и триггер не используется.

Время, когда выход находится в лог. 1(и оба ключа закрыты) называется Dead time.
Отношение длительности импульса(лог. 0, транзистор открыт) к периоду их следования называется коэффициент заполнения(PWM duty cycle). Например если коэффициент 100% то на выходе элемента ИЛИ всегда 0 и транзистор(или оба) всегда открыт.

Простите, но стараюсь объяснять максимально доступно и почти на пальцах, потому что официальным сухим языком это можно и в даташите прочитать.

Ах да, зачем же нужен Dead time? Если коротко: в реальной жизни верхний ключ будет тянуть наверх(к плюсу) а нижний вниз(к минусу). Если открыть их одновременно — будет короткое замыкание. Это называется сквозной ток и из-за паразитных емкостей, индуктивностей и прочих особенностей такой режим возникает даже если вы будете открывать ключи строго по очереди. Чтобы сквозной ток свести к минимуму нужен dead time.

Теперь обратим внимание на генератор пилы(oscillator), который использует выводы 5 и 6 микросхемы для установки частоты.
На эти выводы подключается резистор и конденсатор. Это и есть тот самый RC генератор о котором наверное многие слышали. Теперь на выводе 5(CT) у нас пила от 0 до 3.3В. Как видим, эта пила подается на инвертирующие входы компараторов Dead-time и PWM.

С терминами и работой выходной части ШИМ контроллера более-менее определились, теперь будем разбираться при чем тут пила и зачем нам все эти компараторы и усилители ошибок. Мы поняли, что отношение длительности импульса к периоду их следования определяет коэффициент заполнения, а значит и выходное напряжение источника питания т.к. в первичную обмотку трансформатора будет вкачиваться тем больше энергии, чем больше коэффициент заполнения.

Для примера разберемся, что нужно сделать чтобы установить коэффициент заполнения 50%. Вы еще помните про пилу? Она подается на инвертирующие входы компараторов PWM и Dead time. Известно, что если напряжение на инвертирующем входе выше чем на неинвертирующем — выход компаратора будет лог.0. Напомню, что пила — это плавно поднимающийся от 0 до 3.3в сигнал, после чего резко падающий на 0в.
Таким образом, чтобы на выходе компаратора 50% времени был лог.0 — на неинвертирующий вход нужно подать половину напряжения пилы(3.3в/2=1,65в). Это и даст искомые 50% duty cycle.

Заметили, что оба компаратора сходятся на том самом элементе ИЛИ, а значит, пока какой-то из компараторов выдает лог.1 — другой не может ему помешать. Т.е. приоритет имеет тот компаратор, который приводит к меньшему коэффициенту заполнения. И если на Dead time компаратор напряжение подается снаружи, то на PWM компаратор можно подать сигнал как извне(3 пин) так и с встроенных усилителей ошибок(это обычные операционные усилители). Они тоже соединяются по схеме ИЛИ, но т.к. мы уже имеем дело с аналоговым сигналом — схема ИЛИ реализуется с использованием диодов. Таким образом контроль над коэффициентом заполнения захватывает тот усилитель ошибки, который просит меньший коэффициент заполнения. Состояние другого при этом не имеет значения.

Обратная связь.
Хорошо, теперь как на всём этом построить источник питания? Очень просто! Нужно охватить БП отрицательной обратной связью. Разница между желаемым(заданным) и имеющимся напряжением называется ошибка. Если в каждый момент времени воздействовать на коэффициент заполнения так, чтобы исправить ошибку и привести ее к 0 — получим стабилизацию выходного напряжения(или тока). Обратная связь является отрицательной до тех пор, пока реагирует на ошибку управляющим воздействием с противоположным знаком. Если обратная связь будет положительной — пиши пропало! В таком случае обратная связь будет увеличивать ошибку вместо того чтобы уменьшать ее.

Всё это работа для тех самых усилителей ошибок. На инвертирующий вход усилителя ошибки подается опорное напряжение(эталон), а на неинвертирующий заводится напряжение на выходе источника питания. Кстати внутри ШИМ контроллера есть источник опорного напряжения 5В, который является точкой отсчёта во всех измерениях.

Компенсация обратной связи
Даже не знаю как бы по-проще это объяснить. С обратной связью всё просто только в идеальном мире. На практике же если вы изменяете коэффициент заполнения — выходное напряжение меняется не сразу, а с некоторой задержкой.

К примеру усилитель ошибки зарегистрировал понижение напряжения на выходе, откорректировал коэффициент заполнения и прекратил вмешиваться в систему, но напряжение продолжает нарастать и потом усилитель ошибки вынужден снова корректировать коэффициент заполнения уже в другую сторону. Такая ситуация происходит из-за задержки реакции. Так система может перейти в режим колебаний. Они бывают затухающими и незатухающими. Блок питания в котором могут возникнуть незатухающие колебания сигнала обратной связи — долго не протянет и является нестабильным.

У обратной связи есть определенная полоса пропускания. Допустим полоса 100кГц. Это означает, что если выходное напряжение будет колебаться с частотой выше 100кГц — обратная связь этого просто не заметит и корректировать ничего не будет. Конечно, хотелось бы, чтобы обратная связь реагировала на изменения любой частоты и выходное напряжение было как можно стабильнее. Т.е. борьба идет за то, чтобы обратная связь была максимально широкополосной. Однако та самая задержка реакции не позволит нам сделать полосу бесконечно широкой. И если полоса пропускания цепи обратной связи будет шире чем возможности самого БП на отработку управляющих сигналов(прямая связь) — на некоторых частотах отрицательная обратная связь будет внезапно становиться положительной и вместо компенсации ошибки будет ее еще больше увеличивать, а это как раз условия возникновения колебаний.

Теперь от задержек в секундах давайте перейдем к частотам, коэффициентам усиления и фазовым сдвигам…
Полоса пропускания это максимальная частота, на которой коэффициент усиления больше 1.
С увеличением частоты коэффициент усиления уменьшается. В принципе это справедливо для любого усилителя.
Итак, чтобы наш БП работал стабильно должно выполняться одно условие: во всей полосе частот, где суммарное усиление прямой и обратной связи больше 1(0дБ), отставание по фазе не должно превышать 310 градусов. 180 градусов вносит инвертирующий вход усилителя ошибки.

Вводом в обратную связь различных фильтров добиваются того, чтобы это правило выполнялось. Если очень грубо, то компенсация обратной связи это подгонка полосы пропускания и ФЧХ обратной связи под реакции реального источника питания(под характеристики прямой связи).

Тема эта очень не простая, под ней лежит куча математики, исследований и прочих трудов… Я лишь стараюсь в доступном виде изложить саму суть вопроса. Могу порекомендовать к прочтению вот эту статью, где хоть и не так на пальцах, но тоже в доступном виде освещен этот вопрос и даны ссылки на литературу: bsvi.ru/kompensaciya-obratnoj-svyazi-v-impulsnyx-istochnikax-pitaniya-chast-1

От теории к практике
Теперь мы можем взглянуть на схему БП и понять что в ней много лишнего. В первую очередь я выпаял всё, что относится к контролю выходных напряжений(схема формирования сигнала Power good). Нейтрализовал встроенные в ШИМ контроллер усилители ошибок путем подачи +5vref на инвертирующие входы и посадив на GND неинвертирующие. Удалил штатную схему защиты от КЗ. Выпилил все не нужные выходные фильтры от напряжений которые не используются… Заменил выходные диоды на более мощные. Заменил трансформатор! Выпаял его из качественного БП где написанные 400W действительно означают 400W. Разница в размерах между тем, что стояло тут до этого говорит сама за себя:

Заменил дроссели в выходном фильтре(с того-же 400W БП) и конденсаторы поставил на 25В:

Далее я разработал схему, позволяющую регулировать стабилизацию выходного напряжения и устанавливать ограничение тока выдаваемого БП.

Схема реализует внешние усилители ошибок собранные на операционных усилителях LM358 и несколько дополнительных функций в виде усилителя шунта(INA197) для измерения тока, нескольких буферных усилителей для выдачи величины установленного и измеренного тока и напряжения на другую плату, где собрана цифровая индикация. О ней я расскажу в следующей статье. Выдавать на другую плату сигналы как есть — не лучшее решение т.к. источник сигнала может быть достаточно высокоомным, провод ловит шум, мешая обратной связи работать устойчиво. В первой итерации я с этим столкнулся и пришлось всё переделать. В принципе на схеме всё подписано, подробно комментировать ее не вижу смысла и думаю, что для тех кто понял теорию выше, должно быть всё довольно очевидно.

Отмечу лишь, что цепочки C4R10 и C7R8 это и есть компенсация обратной связи о которой я говорил выше. Честно говоря, в ее настройке очень помогла прекрасная статьи эмбэддера под ником BSVi. bsvi.ru/kompensaciya-obratnoj-svyazi-prakticheskij-podxod Этот подход реально работает и потратив денек-другой мне удалось добиться стабильной работы БП описанным в статье методом. Сейчас, конечно, я бы справился часа за два наверно, но тогда опыта не было и по неосторожности я взорвал не мало транзисторов.

Ах да, обратите внимание на емкость C7! 1uF это довольно много. Сделано это для того, чтобы обратную связь по току зажать в быстродействии. Это такой грязный хак для преодоления нестабильности возникающей на границе перехода от стабилизации напряжения к стабилизации тока. В таких случаях применяют какие-то более навороченные приёмы, но так заморачиваться я не стал. Супер точная стабилизация тока мне не нужна, к тому же к моменту, когда я столкнулся с этой бедой — проект переделки БП успел здорово надоесть!

По этой схеме лазерным утюгом была изготовлена плата:

Она встраивается в БП вот таким образом:

В качестве шунта для измерения тока выбран кусок медной проволоки длинной сантиметров 10 наверно.

Корпус я использовал от довольно качественного БП Hiper. Кажется это самый проветриваемый корпус из всех что я видел.

Также возник вопрос о подключении вентилятора. БП ведь регулируется от 0 до 24В, а значит кулер придется питать от дежурки. Дежурка представлена двумя напряжениями — стабильными 5В, которые идут на материнскую плату и не стабилизированным, служебным питанием около 13.5В которое используется для питания самого ШИМ контроллера и для раскачки управляющего трансформатора. Я использовал обычный линейный стабилизатор чтобы получить стабильные +12В и завёл их на маленькую платку терморегуляции оборотов кулера, выпаянную с того-же Hiper’a. Платку закрепил на радиаторе шурупом просто из соображений удобства подключения кулера.

Радиаторы кстати пришлось изогнуть ибо они не вмещались в корпус нового формата. Лучше перед изгибанием их нагревать паяльной станцией, иначе есть шанс отломать половину зубов. Терморезистор регулятора закрепил на дросселе групповой стабилизации т.к. это самая горячая часть.

В таком виде БП прошел длительные испытания, питая кучу автомобильных лампочек дальнего света и выдерживал нагрузки током порядка 20А при напряжении 14В. А еще он гордо зарядил несколько автомобильных аккумуляторов, когда у нас в Крыму выключали свет.

Будущее уже рядом
Тем временем я задумал немного нестандартную систему индикации режимов работы БП, о чем в последствии немного сожалел, но всё-же она работает!

Так что в следующей статье вас ждет программирование ATMega8 на C++ с применением шаблонной магии, различных паттернов и самописная библиотека для вычислений с фиксированной точкой поверх которой реализовано усреднение отсчётов АЦП и перевод их в напряжение/ток по таблице с линейной интерполяцией. Каким-то чудом всё это уместилось в 5 с копейками килобайт флэша.

Не переключайте канал, должно быть интересно.

Кстати, обещанная в начале книга:
Куличков А.В. «Импульсные блоки питания для IBM PC»
radioportal-pro.ru/_ld/0/15_caf3ebe8f7eaeee.djvu

P.S. Надеюсь, изложенное выше окажется полезным. Строго не судите, но конструктивная критика приветствуется.

Added для RO пользователей которые не могут писать комментарии: email: altersoft_пёс_mail.ру

Страничка эмбеддера » Лабораторный блок питания из ATX БП

Я немного увлекся гальванопластикой (про это еще расскажу), и для нее мне понадобился новый блок питания. Требования к нему примерно такие – 10А выходного тока при максимальном напряжении порядка 5В. Конечно-же, взгляд сразу упал на кучу ненужных компьютерных блоков питания.

Конечно, идея переделать компьютерный блок питания в лабораторный не нова. В интернетах я нашел несколько конструкций, но решил, что еще одна – не помешает. В процессе переделки, я сделал просто дофига ошибок, поэтому, если решитесь сделать и себе такой блок питания, учитывайте их, и у вас получится лучше!

Внимание! Несмотря на то, что складывается впечатление, что этот проект — для новичков, ничего подобного – проект довольно сложный! Имейте ввиду.

 

Конструкция

Мощность того блока питания, который я вытащил из-под кровати – 250Вт. Если я сделаю БП 5В/10А, то пропадает драгоценная моща! Не дело! Подымем напряжение до 25В, может сгодится, к примеру, для зарядки аккумуляторов – там нужно напряжение порядка 15В.

Для дальнейших действий нужно сначала найти схему на исходный блок. В принципе, все схемы БП известны и гуглятся. Что именно нужно гуглить – написано на плате.

 

 

Мне мою схему подкинул друг. Вот она. (Откроется в новом окне)

Да-да, нам придется лазить во всех этих кишках. В этом нам поможет даташит на TL494

 

Итак, первое, что нам нужно сделать – проверить, какое максимальное напряжение может выдать блок питания по шинам +12 и +5 вольт. Для этого удаляем предусмотрительно помещенную производителем перемычку обратной связи.

 

Резисторы R49-R51 подтянут плюсовой вход компаратора к земле. И, вуаля, у нас на выходе – максимальное напряжение.

Пытаемся стартовать блок питания. Ага, без компьютера не стартует. Дело в том, что его нужно включить, соединив вывод PS_ON с землей. PS_ON обычно подписан на плате, и он нам еще понадобится, поэтому не будем его вырезать. А вот непонятную схему на Q10, Q9 и Q8 отключим – она использует выходные напряжение и, после их вырезания не даст нашему БП запуститься. Мягкий старт у нас будет работать на резисторах R59, R60 и конденсаторе C28.

 

Итак, бп запустился. Появились выходные максимальные напряжения.

Внимание! Выходные напряжения – больше тех, на которые рассчитаны выходные конденсаторы, и, поэтому, конденсаторы могут взорваться. Я хотел поменять конденсаторы, поэтому мне их было не жалко, а вот глаза не поменяешь. Аккуратно!

Итак, подучилось по +12В – 24В, а по +5В – 9.6В. Похоже, запас по напряжению ровно в 2 раза. Ну и прекрасно! Ограничим выходное напряжение нашего БП на уровне 20В, а выходной ток – на уровне 10А. Таким образом, получаем максимум 200Вт мощи.

С параметрами, вроде бы, определились.

Теперь нужно сделать управляющую электронику. Жестяной корпус БП меня не удовлетворил(и, как оказалось, зря) – он так и норовит поцарапать что-то, да еще и соединен с землей (это помешает мерить ток дешевыми операционниками).

В качестве корпуса, я выбрал Z-2W, конторы Maszczyk

 

Я измерил излучаемый блоком питания шум – он оказался вполне небольшим, так что, вполне можно использовать пластиковый корпус.

После корпуса я сел за Corel Draw и прикинул, как должна выглядеть передняя панель:

 

 

 

Электроника

Я решил разбить электронику на две части – фальш-панель и управляющая электроника. Причина для такого разбиения – банально не хватило места на лицевой панели, чтобы вместить еще и управляющую электронику.

В качестве основного источника питания для своей электроники я выбрал standby источник. Было замечено, что если его хорошенько нагрузить, то он перестает пищать, поэтому идеальными оказались 7-сегментные индикаторы — и блок питания подгрузят и напряжение с током покажут.

Фальш-панель:

На ней индикаторы, потенциометры, светодиод. Для того, чтобы не тащить кучу проводов к 7-сегментникам, я использовал сдвиговые регистры 74AC164. Почему AC, а не HC ? У HC максимальный суммарный ток всех ножек – 50мА, а у AC – по 25мА на каждую ножку. Ток индикаторов я выбрал 20мА, тоесть 74HC164 точно бы не хватило по току.

 

 

 

Управляющая электроника – тут все слегка посложнее.

В процессе составления схемы, я конкретно налажал, за что и поплатился кучей перемычек на плате. Вам-же предоставляется исправленная схема.

 

 

 

Если кратко, то – U1A – диф. усилитель тока. При максимальном тока, на выходе получается 2.56В, что совпадает с опорным у АЦП контроллера.

U1B – собственно токовый компаратор – если ток превышает порог, заданный резисторами, tl494 “затыкается”

U2A – индикатор того, что БП работает в режиме ограничения тока.

U2B – компаратор напряжения.

U3A, U3B – повторители с переменников. Дело в том, что переменники относительно высокоомные, да еще и сопротивление их меняется. Это значительно усложнит компенсацию обратной связи. А вот если их привести к одному сопротивлению, то все становится значительно проще.

С контроллером все понятно – это банальная атмега8, да еще и в дипе, которая лежала в загашнике. Прошивка относительно простая, и сделана между паяниями левой лапой. Но, нем не менее, рабочая.

Контроллер работает на 8МГц от RC генератора (нужно поставить соответствующие фюзы)

По хорошему, измерение тока нужно перенести на “высокую сторону”, тогда можно будет мереть напряжение непосредственно на нагрузке. В этой схеме при больших токах в измеренном напряжении будет ошибка до 200мВ. Я слажал и каюсь. Надеюсь, вы не повторите моих ошибок.

 

Переделка выходной части

Выбрасываем все лишнее. Схема получается такой (кликабельно):

Синфазный дроссель я немного переделал – соединил последовательно обмотку которая для 12В и две обмотки для 5в, в итоге получилось около 100мкГн, что дофига. Еще я заменил конденсатор тремя включенными параллельно 1000мкФ/25В

После модификации, выход выглядит так:

 

Настройка

Запускаем. Офигиваем от количества шума!

 

 

300мВ! Пачки, похоже на возбуждение обратной связи. Тормозим ОС до предела, пачки не исчезают. Значит, дело не в ОС

Долго тыкавшись, я нашел, что причина такого шума – провод! О_о Простой двужильный двухметровый провод! Если подключить осциллограф до него, или включить конденсатор прямо на щуп осциллографа, пульсации уменьшаются до 20мВ ! Это явление я толком не могу объяснить. Может, кто-то из вас, поделится? Теперь, понятно что делать – в питающейся схеме должен быть конденсатор, и конденсатор нужно повесить непосредственно на клеммы БП.

Кстати, насчет Y – конденсаторов. Китайцы сэкономили на них и не поставили. Итак, выходное напряжение без Y-конденсаторов

А теперь – с Y конденсатором:

 

Лучше? Несомненно! Более того, после установки Y – конденсаторов сразу-же перестал глючить измеритель тока!

Еще я поставил X2 – конденсатор, чтобы хоть как-то поменьше хлама в сети было. К сожалению, похожего синфазного дросселя у меня нет, но как только найду – сразу поставлю.

 

 

Обратная связь.

Про нее я написал отдельную статейку, читайте

 

Охлаждение

Вот тут пришлось повозиться! После нескольких секунд под полной нагрузкой вопрос о необходимости активного охлаждения был снят. Больше всех грелась выходная диодная сборка.

В сборке стоят обычные диоды, я думал заменить их диодами Шоттки. Но обратное напряжение на этих диодах оказалось порядка 100 вольт, а как известно, высоковольтные диоды шоттки не намного лучше обычных диодов.

Поэтому, пришлось прикрутить кучу дополнительных радиаторов (сколько влезло) и организовать активное охлаждение.

Откуда брать питание для вентилятора? Вот и я долго думал, но таки придумал. tl494 питается от источника напряжением 25В. Берем его (с перемычки J3 на схеме) и понижаем стабилизатором 7812.

Для продуваемости пришлось вырезать крышку под 120мм вентилятор, и прицепить соответствующую решетку, а сам вентилятор поставить на 80мм. Единственное место, где это можно было сделать – это верхняя крышка, а поэтому конструкция получилась очень плохая – с верху может упасть какая-то металлическая хрень и замкнуть внутренние цепи блока питания. Ставлю себе 2 балла. Не стоило уходить от корпуса блока питания! Не повторяйте моих ошибок!

Вентилятор никак не крепится. Его просто прижимает верхняя крышка. Так вот хорошо с размерами я попал.

Результаты

Итог. Итак, этот блок питания работает уже неделю, и можно сказать, что он довольно надежен. К моему удивлению, он очень слабо излучает, и это хорошо!

Потроха:

 

Я попытался описать подводные камни, на которые сам нарвался. Надеюсь, вы не повторите их! Удачи!

Лабораторный источник питания из блока ATX компьютера Если у вас дома есть старый блок питания от компьютера (ATX), то не стоит его выбрасывать. Ведь из него можно сделать отличный блок питания для домашних или лабораторных целей. Доработка потребуется минимальная и в конце вы получите почти универсальный источник питания с рядом фиксированных напряжений.

Компьютерные блоки питания обладают большой нагрузочной способностью, высокой стабилизацией и защитой от короткого замыкания.

Я взял вот такой блок. У всех есть такая табличка с рядом выходных напряжений и максимальным током нагрузки. Основные напряжения для постоянной работы 3,3 В; 5 В; 12 В. Есть ещё выходы, которые могут быть использованы на небольшой ток, это минус 5 В и минус 12 В. Так же можно получить разность напряжений: к примеру, если подключится в к «+5» и «+12», то вы получите напряжение 7 В. Если подключиться к «+3,3» и «+5», то получите 1,7 В. И так далее… Так что линейка напряжений намного больше, чем может показаться с разу.

Распиновка выходов блока питания компьютера

Цветовой стандарт, в принципе, един. И эта схема цветовых подключений на 99 процентов подойдет и вам. Может что-то добавиться или удалиться, но конечно все не критично.

Переделка началась

Что нам понадобиться?

• — Клеммы винтовые.
  
• — Резисторы мощностью 10 Вт и сопротивлением 10 Ом (можно попробовать 20 Ом). Мы будем использовать составные из двух пятиватных резисторов.
  
• — Трубка термоусадочная.
  
• — Пара светодиодов с гасящими резисторами на 330 Ом.
  
• — Переключатели. Один для сети, второй для управления

Схема доработки блока питания компьютера

Тут все просто, так что не бойтесь. Первое что нужно сделать, так это разобрать между собой и соединить провода по цветам. Затем, согласно схемы подключить светодиоды. Первый слева будет индицировать наличие питания на выходе после включения. А второй справа будет гореть всегда, пока сетевое напряжение присутствует на блоке.
Подключить переключатель. Он будет запускать основную схему, замыканием зеленого провода на общий. И выключать блок при размыкании.
Также, в зависимости от марки блока, вам понадобится повесить нагрузочный резистор на 5-20 Ом между общим выходом и плюсом пять вольт, иначе блок может не запуститься из-за встроенной защиты. Так же если не заработает, будьте готовы повесить такие резисторы на все напряжения: «+3,3», «+12». Но обычно хватает одного резистора на выход 5 Вольт.

Начнем

Снимаем верхнюю крышку кожуха.
Откусываем разъемы питания, идущие к материнской плате компьютера и другим устройствам.
Распутываем провода по цветам.
Сверлим отверстия в задней стенке под клеммы. Для точности сначала проходим тонким сверлом, а затем толстым под размер клеммы.
Будьте осторожны, не насыпьте металлическую стружку на плату блока питания.

Вставляем клеммы и затягиваем.

Складываем черные провода, это будет общий, и зачищаем. Затем залуживаем паяльником, одеваем термоусадочную трубку. Припаиваем к клемме и надев трубку на спайку – обдуваем термофеном.

Так делаем со всеми проводами. Которые не планируете использовать – откусите под корень у платы.
Также сверлим отверстия по тумблер и светодиоды.

Устанавливаем и фиксируем горячим клеем светодиоды. Припаиваем по схеме.

Нагрузочные резисторы ставим на монтажную платы и привинчиваем винтами.
Закрываем крышку. Включаем и проверяем ваш новый лабораторный блок питания.

Не лишним будет замерить выходное напряжение на выходе каждой клеммы. Чтобы быть уверенным, что ваш старый блок питания вполне работоспособен и выходные напряжения не вышли за пределы допустимых.

Как вы могли заметить, я использовал два переключателя – один есть в схеме, и он запускает работу блока. А второй, который побольше, двухполюсный – коммутирует входное напряжение 220 В на вход блока. Его можно не ставить.
Так что друзья, собирайте свой блок и пользуйтесь на здоровье.

Смотрите видео изготовления лабораторного блока своими руками

Блок питания компьютера — распиновка ATX, схемы, обзоры Как мы все знаем, напряжение, подаваемое на настенную розетку, представляет собой слабо регулируемый переменный ток в диапазоне от 90 В до 240 В, в то время как для электронных цепей требуется хорошо стабилизированное низковольтное постоянное напряжение. Вот почему все электронное оборудование, очевидно, нуждается в той или иной форме преобразования и регулирования мощности. В ПК эти функции выполняются блоком питания ( PSU ) — внутренним устройством, которое преобразует входное переменное напряжение в набор регулируемых постоянных напряжений, необходимых персональному компьютеру.
При этом блок питания также обеспечивает первичную или вторичную изоляцию безопасности. С момента появления IBM PC / XT появилось около десятка различных типов настольных ПК. Они различаются по своей структуре, форм-факторам, разъемам и номиналам вольт / ампер. Выходная мощность современного компьютерного блока питания колеблется от 185 Вт до нескольких киловатт. Блоки мощностью более 400 Вт используются главным образом для серверов, промышленных ПК и для обеспечения настольных компьютеров высококачественными видеоприложениями.
Традиционный стандартный блок питания ATX генерирует как минимум следующие напряжения постоянного тока: + 5 В, +3.3В, + 12В1, + 12В2, -12В и резервный 5В. У некоторых очень старых моделей также может быть минус 5 В. Дополнительные понижающие преобразователи в точке нагрузки (POL) на материнских платах понижают напряжение 12 В до напряжения ядра процессора и других низких потенциалов, необходимых для внутренних компонентов. Каждая шина блока питания теоретически должна иметь индивидуальный предел тока. Это необходимо для соответствия требованиям безопасности 240 ВА по IEC 60950 и UL 60950-1. Однако на практике все 12-вольтовые шины часто имеют единый предел тока. Чтобы соответствовать требованиям PCI Express, в компьютерах ATX2 устаревший разъем питания 2×10 был заменен на разъем 2×12.Дополнительный кабель питания 2×2 используется для второй шины 12 В. Поддерживает регулятор напряжения процессора. Есть также периферийные, дисководы и последовательные разъемы ATA. Блок питания для высококачественных дискретных видеокарт имеет дополнительные разъемы 2×3 или 2×4 для обеспечения дополнительной мощности для графики, требующей более 75 Вт. Для получения подробной информации см. Наше руководство по разводке блока питания ATX. Обратите внимание, что на некоторых ПК с фирменными марками есть собственные распиновки их блока питания, которые отличаются от универсального ATX.

Чтобы повысить эффективность блока питания ПК и удовлетворить требования так называемого альтернативного режима ожидания, Intel представила в 2019 году принципиально иной стандарт ATX12VO для одной шины.Спецификация ATX12VO заменяет 24-контактный разъем 10-контактным разъемом, обеспечивающим один выход 12 В. Все остальные напряжения, включая 5 В и 3,3 В, будут генерироваться на материнской плате регуляторами POL. Эта архитектура также значительно снизила стоимость блока питания, но увеличила стоимость материнских плат, которые теперь должны обеспечивать дополнительные функции преобразования мощности.

В современных блоках питания для компьютеров используется технология переключения режимов (подробнее о SMPS). Современные устройства обычно включают в себя усиление внешнего интерфейса PFC, за которым следует полумост или прямой преобразователь (см. Топологии SMPS).Большинство современных моделей соответствуют требованиям ENERGY STAR®. В прошлом это просто означало, что они потребляли

. По программе стимулирования 80 PLUS® требовались источники питания для ПК и серверов, чтобы продемонстрировать эффективность> 80% при 20–100% номинальной нагрузки при коэффициенте мощности> 0,9. Позже они добавили бронзовые, серебряные, золотые и платиновые этикетки для более высокого уровня эффективности (до 92%) с PF до 0,95. Обновленная спецификация ENERGY STAR для настольных компьютеров версии 5.0 устанавливает аналогичные требования для внутреннего блока питания.Несмотря на новые правила, блоки питания для ПК остаются недорогими: стандартную стандартную модель можно купить примерно за 0,10 долл. / Ватт. При покупке сменного устройства обязательно подбирайте не только его форм-фактор и полезную мощность, но и индивидуальные значения тока всех выходов.

Устранение неисправностей

. Первое, что нужно проверить, если ваш компьютер перестал работать, это его блок питания. Основными причинами отказа БП являются перегрев, скачки напряжения на входной линии и высохшие электролитические конденсаторы.Все это может привести к катастрофическому отказу одного или нескольких транзисторов или выпрямителей. Это, в свою очередь, обычно открывает входной предохранитель (см. Это руководство для блок-схемы и теории работы). Для проверки вашего устройства, прежде всего, необходимо отключить входной шнур питания и подождать 5 минут, чтобы все конденсаторы разрядились, прежде чем снимать крышку ПК. Затем отключите все кабели, выходящие из блока питания. Чтобы включить автономный блок питания, необходимо заземлить контакт PS_ON # (см. Схему подключения слева для настройки теста).В модели, совместимой с ATX-2, это означает закорачивание контактов 15 и 16 на 24-контактном разъеме. Вы можете сделать это с помощью небольшого куска медного провода. В более старом 20-контактном устройстве вы должны закоротить контакты 13 и 14. Обратите внимание, что некоторые производители, такие как Apple, HP и Dell, использовали собственные нестандартные размеры и распиновку разъемов: дополнительную информацию см. Здесь. После включения устройства вы можете включить входное питание и проверить выходное напряжение по одному. Для измерения любого напряжения подключите вольтметр между соответствующим контактом и любым общим.Вы можете использовать готовый тестер, чтобы упростить этот процесс. Если вы решите открыть блок питания, всегда сначала отключайте его от сети, а затем подождите не менее пяти минут, чтобы разрядились все конденсаторы. Само собой разумеется, , вы не должны устранять неполадки, если у вас нет соответствующей подготовки по электронике и вы не знаете, как безопасно работать с цепями высокого напряжения.

Ниже вы найдете принципиальные схемы, обзоры, распиновки, технические характеристики и другую полезную информацию для ремонта и электронных проектов.

.

ATX, EPS и 80 PLUS Технические характеристики

Технические характеристики

ATX, EPS и 80 PLUS

В блоках питания определенные стандарты широко приняты практически всеми производителями. В следующих разделах мы кратко рассмотрим три наиболее признанных и актуальных спецификации: ATX, EPS и 80 PLUS.

ATX Спецификация

Advanced Technology Extended, известная как ATX, является спецификацией форм-фактора материнской платы, разработанной Intel в 1995 году. В общем, она дает некоторые рекомендации по дизайну корпусов компьютеров, материнских плат и блоков питания.Первая спецификация ATX была выпущена в конце 1995 года и определяла три типа разъемов питания:

1. Четырехконтактный разъем Molex
2. Четырехконтактный разъем FDD
3. 20-контактный разъем материнской платы Molex

В этой спецификации говорилось, что большинство блоков питания питание должно быть обеспечено на шинах + 5В и + 3,3 В. Это связано с тем, что в те ранние времена эти две шины питали все электронные компоненты, а шины + 12 В использовались только для вентиляторов и двигателей периферийных устройств. Эта оригинальная спецификация ATX оставалась практически неизменной до 2000 года.

Все руководства по проектированию блоков питания Intel для форм-факторов платформ для настольных ПК используют схему именования Revision. Однако некоторые из нас и большинство компаний используют схему именования ATX. Например, ATX 2.31 по сути является версией 1.1, а ATX 2.4 — версией 1.31. Точнее, в редакцию Руководства по проектированию блоков питания Intel включены рекомендации ATX. Они относятся главным образом к вопросам форм-фактора, таким как размеры и дизайн блока питания, а в некоторых случаях они также включают в себя конкретные рекомендации относительно вентилятора, которые следует использовать в форм-факторе.Остальная часть пересмотра относится к более важным вопросам, связанным с производительностью, эффективностью, экологической безопасностью, надежностью и так далее БП.

С 2000 года и по сегодняшний день было выпущено много ревизий, в том числе ATX 2.4 (ревизия 1.31), выпущенная в апреле 2013 года. Основное различие между ATX 2.4 и предыдущей версией ATX (Revision 1.30) заключается в рекомендациях по минимальной эффективности шины 5VSB, которая фактически стала менее плотной. Вероятно, это первый случай, когда мы увидели более новую спецификацию, предлагающую более низкие требования, особенно в отношении эффективности.В то время как rev. Для спецификации 1,30 рекомендуется КПД выше 69% при напряжении 5 В при нагрузке 2,75 Вт на этой шине, более новая спецификация рекомендует эффективность более 55% при той же нагрузке. Точнее, ред. В спецификации 1.30 учтены требования директив 2013 года ErP Lot 6 и 2014 и 2016 ErP Lot 26, а более новая версия 1.31 соответствует директивам 2013 ErP Lot 6 и 2014 ErP Lot 3, исключая директивы ErP Lot 26. Существует также небольшое изменение времени нарастания.В новой спецификации ATX сигнал времени нарастания должен быть прямой линией между 10 и 95 процентами его маршрута, тогда как в предыдущей спецификации диапазон составлял от 10 до 90 процентов. Условие минимальной нагрузки для второй шины +12 В также было добавлено в качестве требования, которое в спецификации 1.30 не требовалось, а только рекомендовалось. Наконец, в ATX 2.4 были обновлены рекомендации CFX12V, LFX12V, ATX12V, SFX12V, TFX12V и Flex ATX.

EPS Спецификация

Спецификация блока питания начального уровня (EPS), которая является производной от спецификации ATX, была выпущена для высококлассных ПК и серверов начального уровня.Он был разработан и выпущен форумом «Инфраструктура серверной системы». Чтобы блок питания соответствовал спецификации EPS, он должен иметь 24-контактный разъем материнской платы и EPS (восьмиконтактный) разъем. Он также должен иметь один четырехконтактный разъем 12 В, если его мощность составляет от 700 до 800 Вт, или два четырехконтактных разъема 12 В для мощности более 850 Вт. Последняя спецификация EPS — 2.92 (PDF доступен здесь).

80 PLUS Спецификация

80 PLUS представляет организацию, которая сертифицирует блоки питания с КПД более 80% при 10, 20, 50 и 100% их максимальной номинальной нагрузки и коэффициентом мощности 0.9 или выше при 100-процентной нагрузке. Для бронзовых, серебряных и золотых сертификатов коэффициент мощности должен быть 0,9 или выше на всех трех уровнях нагрузки. Кроме того, для новейшего уровня Platinum требуется коэффициент мощности 0,95 или выше для серверов.

Первый рыночный блок питания был создан в феврале 2005 года компанией Seasonic. Сначала единственным уровнем сертификации был 80 PLUS, но в первом квартале 2008 года стандарты были пересмотрены, и были добавлены сертификаты уровня эффективности Bronze, Silver и Gold.Два последних сертификата уровня эффективности, Platinum и Titanium, были добавлены в 2010 и 2011 годах соответственно. Мы с нетерпением ждем встречи с названием следующего уровня сертификации, если таковой будет. Уровень Titanium уже раздвигает современные разработки до предела, и мы считаем, что только с передовыми, полностью цифровыми блоками питания уровни эффективности могут повыситься.

Здесь мы должны подчеркнуть, что изначально сертифицированные не избыточные блоки питания PSU 80 PLUS предназначены для настольных компьютеров с напряжением 115 В, а 230 В переменного тока использовались только для резервных блоков питания (используемых на серверах и в центрах обработки данных).Это изменилось в апреле 2014 года, и 80 PLUS добавил сертификации с входом 230 В. Поскольку повышенное входное напряжение оказывает положительное влияние на КПД (увеличение на 1–1,5% по сравнению с 115 В), требования к 80 PLUS 230 В более строгие, чем к 115 В. Ниже вы найдете две таблицы, в которых перечислены все вышеупомянутые уровни сертификации эффективности.

,

ATX Распиновка и разъемы блока питания

Блоки питания компьютера (PSU) обеспечивают питание оборудования ПК через несколько кабелей с разъемами. Их общие спецификации для различных настольных систем определены в руководствах по проектированию Intel, которые периодически пересматривались. Их последний стандарт — PSU Design Guide rev.1.31, выпущенный в апреле 2013 года. Этот документ объединяет требования для ATX12V v2.4 и его пяти вариантов. Обратите внимание, что некоторые производители брендов не следовали рекомендациям Intel и использовали нестандартные распиновки.Также смотрите информацию о новом стандарте ATX12VO. Стандартные блоки питания ATX
обычно имеют разъем основного питания P1, дополнительные разъемы 12 В, а также разъемы для периферийных устройств, дисководов гибких дисков, последовательного ATA и PCI Express®, которые мы опишем ниже.

Основы работы блока питания SMPS см. В нашем руководстве по питанию. Оригинальные системы ATX имели 20-контактный главный разъем P1. Когда была представлена ​​шина PCI Express®, для карт PCIe потребовалось дополнительно до 75 Вт. Чтобы обеспечить дополнительную мощность, старая часть была заменена новой 24-контактной P1.Соответственно, разные блоки питания в стиле ATX могут использовать разное количество проводов питания: см. Схему выводов справа. Цвета в этой таблице представляют рекомендуемые цвета проводов в кабелях блока питания. Эти диаграммы отражают вид спереди . Цвета показаны здесь только для справки (вы не увидите их спереди). P1 использует стиль Molex Housing Mini-Fit Jr. P / N # 39-01-2240 (старый номер детали был 5557-24R), контакты: 44476-1112. Сопрягающейся материнской платой является Molex 44206-0007. Старое гнездо было 39-01-2200, и сопрягаемый заголовок был 39-29-9202.Люди часто хотят знать, что делать, если есть несоответствие. Что ж, при определенных условиях новый блок питания все еще можно использовать со старым ПК, и наоборот — см. Наше руководство по подключению 20-контактного блока питания к 24-контактной материнской плате.

Если вы хотите провести какое-то тестирование автономного устройства, чтобы запустить его вне корпуса ПК, вам нужно замкнуть линию PS_ON # на общую. В противном случае будет присутствовать только 5 В в режиме ожидания.

При нормальной работе PS_ON # активируется, когда вы нажимаете и отпускаете кнопку питания компьютера, когда он находится в режиме ожидания.Некоторые модели Apple имеют этот сигнал в обратном порядке.

Также обратите внимание, что многие бренды, такие как Apple Power Mac, Dell (в определенные годы), Compaq и HP, использовали проприетарные платы с совершенно другим обозначением контактов — см. Информацию о некоторых источниках питания известных брендов.

Все напряжения относятся к одному и тому же общему значению (если вам нужно измерить какое-либо напряжение, подключите обратный провод вашего вольтметра к любому из контактов COM).

Номинальный ток основного разъема Molex составляет 6 А на контакт.Это означает, что в старом 20-контактном стиле вы не можете получить больше 18 А от 3,3 В и 24 А от 5 В. Вот почему в начале 2000-х некоторые материнские платы с 3,3 В> 18 А и 5 В> 24 А (в основном двухпроцессорные системы AMD) использовали вспомогательный 6-контактный кабель питания. Он был удален из спецификации ATX12V v2.0 в 2003 году, поскольку в P1 были добавлены дополнительные провода. Для получения дополнительной информации о форм-факторах см. Наш учебник по БП.

Когда в отрасли начали использовать модули регулирования напряжения (VRM), работающие на напряжении 12 В2, для подачи питания на процессор и другие компоненты материнской платы, основная часть мощности переключилась на напряжение 12 В.Большинство современных материнских плат снабжают свой процессор отдельным 12-вольтовым кабелем, который имеет 4 контакта для стиля ATX (иногда называемый P4) или 8 или более контактов для EPS и нестандартных систем большой мощности. Некоторые блоки питания могут иметь три или четыре 12-вольтовых 4-контактных разъема. P / n для стандартного P4 39-01-2040 или эквивалент.

Разъем периферийного питания предназначен для дисков, вентиляторов и других небольших устройств. Также может быть кабель для дисковода гибких дисков.

Обратите внимание, что номера проводов в разъеме Serial Power ATA ( SATA ) не равны 1: 1.Есть три контакта для каждого напряжения. Один контакт от каждого напряжения используется для предварительной зарядки на объединительной плате. Сопрягаемый последовательный штекер устройств ATA содержит сегменты сигнала и мощности.

Некоторые устройства могут также иметь дополнительный разъем 2×3, который можно использовать для вспомогательных функций, таких как мониторинг и управление вентиляторами, источник питания IEEE-1394 и дистанционное управление напряжением 3,3 В.

Блок питания

мощностью более 450 Вт, предназначенный для мощных дискретных видеокарт, обычно имеет дополнительные разъемы 2×3 или 2×4.Они обеспечивают дополнительный ток для графики, которые требуют более 75 ватт.
6-контактный разъем PCI Express® — это Molex, номер по каталогу 04555
.

вещей, помеченных как «ATX Power Supply»

Корпус лаборатории ATX каркасный корпус от james_III 4 марта 2015 г. 1493 2316 38 ATX Bench Источник питания Робертгу 24 июля 2017 г. 344 596 11 ATX блок питания от 3dwkl 2 апреля 2017 г. 300 493 2 Корпус блока питания Cyclone PCB Factory ATX от aleiovanevcp 12 июля 2015 г. 273 417 9 CR10S ATX Conversion Tower от TheGrind24 15 января 2019 г. 270 290 68 ATX блок питания Класниедрыг 6 июня 2015 г. 215 389 4 ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ ATX от Irondmax 23 апреля 2015 г. 186 278 7 ,