Устройство компьютерных блоков питания и методика их тестирования

⇡#Линейный и импульсный источники питания

Начнем с основ. Блок питания в компьютере выполняет три функции. Во-первых, переменный ток из бытовой сети электропитания нужно преобразовать в постоянный. Второй задачей БП является понижение напряжения 110-230 В, избыточного для компьютерной электроники, до стандартных значений, требуемых конвертерами питания отдельных компонентов ПК, – 12 В, 5 В и 3,3 В (а также отрицательные напряжения, о которых расскажем чуть позже). Наконец, БП играет роль стабилизатора напряжений.

Есть два основных типа источников питания, которые выполняют перечисленные функции, – линейный и импульсный. В основе простейшего линейного БП лежит трансформатор, на котором напряжение переменного тока понижается до требуемого значения, и затем ток выпрямляется диодным мостом.

Однако от БП требуется еще и стабилизация выходного напряжения, что обусловлено как нестабильностью напряжения в бытовой сети, так и падением напряжения в ответ на увеличение тока в нагрузке.

Чтобы компенсировать падение напряжения, в линейном БП параметры трансформатора рассчитываются так, чтобы обеспечить избыточную мощность. Тогда при высоком токе в нагрузке будет наблюдаться требуемый вольтаж. Однако и повышенное напряжение, которое возникнет без каких-либо средств компенсации при низком токе в полезной нагрузке, тоже неприемлемо. Избыточное напряжение устраняется за счет включения в цепь неполезной нагрузки. В простейшем случае таковой является резистор или транзистор, подключенный через стабилитрон (Zener diode). В более продвинутом – транзистор управляется микросхемой с компаратором. Как бы то ни было, избыточная мощность просто рассеивается в виде тепла, что отрицательно сказывается на КПД устройства.

В схеме импульсного БП возникает еще одна переменная, от которой зависит напряжение на выходе, в дополнение к двум уже имеющимся: напряжению на входе и сопротивлению нагрузки. Последовательно с нагрузкой стоит ключ (которым в интересующем нас случае является транзистор), управляемый микроконтроллером в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Чем выше длительность открытых состояний транзистора по отношению к их периоду (этот параметр называется duty cycle, в русскоязычной терминологии используется обратная величина – скважность), тем выше напряжение на выходе. Из-за наличия ключа импульсный БП также называется Switched-Mode Power Supply (SMPS).

Через закрытый транзистор ток не идет, а сопротивление открытого транзистора в идеале пренебрежимо мало. В действительности открытый транзистор обладает сопротивлением и рассеивает какую-то часть мощности в виде тепла. Кроме того, переход между состояниями транзистора не идеально дискретный. И все же КПД импульсного источника тока может превышать 90%, в то время как КПД линейного БП со стабилизатором в лучшем случае достигает 50%.

Другое преимущество импульсных источников питания состоит в радикальном уменьшении габаритов и массы трансформатора по сравнению с линейными БП такой же мощности. Известно, что чем выше частота переменного тока в первичной обмотке трансформатора, тем меньше необходимый размер сердечника и число витков обмотки. Поэтому ключевой транзистор в цепи размещают не после, а до трансформатора и, помимо стабилизации напряжения используют для получения переменного тока высокой частоты (для компьютерных БП это от 30 до 100 кГц и выше, а как правило – около 60 кГц). Трансформатор, работающий на частоте электросети 50-60 Гц, для мощности, требуемой стандартным компьютером, был бы в десятки раз массивнее.

Линейные БП сегодня применяются главным образом в случае маломощных устройств, когда относительно сложная электроника, необходимая для импульсного источника питания, составляет более чувствительную статью расходов в сравнении с трансформатором. Это, к примеру, блоки питания на 9 В, которые используются для гитарных педалей эффектов, а когда-то – для игровых приставок и пр. А вот зарядники для смартфонов уже сплошь импульсные – тут расходы оправданны. Благодаря существенно меньшей амплитуде пульсаций напряжения на выходе линейные БП также применяются в тех областях, где это качество востребованно.

Параметры и характеристики

БП персонального компьютера имеет много параметров, которые могут не указываться в документации. На боковой этикетке указываются несколько параметров – это напряжение и мощность.

Мощность – основной показатель

Эта информация пишется на этикетке крупным шрифтом. Показатель мощности БП указывает на общее количество электроэнергии доступной для внутренних комплектующих.

Казалось бы, выбрать БП с требуемой мощностью будет достаточным просуммировать потребляемые показатели комплектующими и выбрать БП с небольшим запасом. Поэтому большой разницы между 200w и 250w не будет существенной.

Но на самом деле ситуация выглядит сложнее, потому что выдаваемое напряжение может быть разным — +12В, -12В и другим. Каждая линия напряжения потребляет определенную мощность. Но в БП расположен один трансформатор, который генерирует все напряжения, используемые ПК. В редких случаях может быть размещено два трансформатора. Это дорогой вариант и используется в качестве источника на серверах.

В простых же БП используется 1 трансформатор. Из-за этого мощность на линиях напряжений может меняться, увеличиваться при малой нагрузке на других линиях и наоборот уменьшаться.

Рабочие напряжение

При выборе БП следует обратить внимание на максимальные значения рабочих напряжений, а также диапазон входящих напряжений, он должен быть от 110В до 220В.

Правда большинство из пользователей на это не обращают своего внимания и выбирая БП с показателями от 220В до 240В рискуют к появлению частых отключений ПК.

Такой БП будет выключаться при падении напряжения, которые не редкость для наших электросетей.Превышение заявленных показателей приведет к выключению ПК, сработает защита. Чтобы включить обратно БП придется отключить его от сети и подождать минуту.

Следует помнить, что процессор и видеокарта потребляю самое большее рабочее напряжение в 12В. Поэтому следует обращать внимание на эти показатели.Для снижения нагрузки на разъемы, линию 12В разделяют на пару параллельных с обозначением +12V1 и +12V2. Эти показатели должны быть указаны на этикетке.

⇡#Общая схема блока питания стандарта ATX

БП настольного компьютера представляет собой импульсный источник питания, на вход которого подается напряжение бытовой электросети с параметрами 110/230 В, 50-60 Гц, а на выходе есть ряд линий постоянного тока, основные из которых имеют номинал 12, 5 и 3,3 В. Помимо этого, БП обеспечивает напряжение -12 В, а когда-то еще и напряжение -5 В, необходимое для шины ISA. Но последнее в какой-то момент было исключено из стандарта ATX в связи с прекращением поддержки самой ISA.

На упрощенной схеме стандартного импульсного БП, представленной выше, можно выделить четыре основных этапа. В таком же порядке мы рассматриваем компоненты блоков питания в обзорах, а именно:

1. фильтр ЭМП – электромагнитных помех (RFI filter);
2. первичная цепь – входной выпрямитель (rectifier), ключевые транзисторы (switcher), создающие переменный ток высокой частоты на первичной обмотке трансформатора;
3. основной трансформатор;
4. вторичная цепь – выпрямители тока со вторичной обмотки трансформатора (rectifiers), сглаживающие фильтры на выходе (filtering).

Проверка напряжения после ремонта

После ремонта надо проверить наличие выходных напряжений. Для этого надо установить перемычку между черным и зеленым проводниками на разъеме ATX и подключить к выходным разъемам эквиваленты нагрузки – без них выходные напряжения могут быть выше номинальных. Лучше сделать это до подачи сетевого напряжения, потому что некоторые схемы без нагрузки просто не запустятся.

В качестве балласта можно применить резисторы или автомобильные лампы накаливания на 12 вольт. Нагрузка должна обеспечивать выходной ток в пределах 10..90% от номинала.

Для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.

Починить компьютерный блок питания несложно, имея приборы и достаточную квалификацию. Но ремонт БП компьютера своими руками считается нецелесообразным, так как на поиск неисправности уходит достаточно много времени. Существует мнение, что проще купить новый узел, потому что к моменту выхода БП из строя компьютер либо модернизирован, либо требует апгрейда в ближайшем будущем. Поэтому нужен новый БП повышенной мощности. Изрядная доля истины в таком подходе есть, но иногда требуется именно ремонт. Также восстановленный блок питания можно переделать в лабораторный БП или в зарядное устройство. Материалы обзора в этом случае будут полезны.

⇡#Фильтр ЭМП

Фильтр на входе БП служит для подавления двух типов электромагнитных помех: дифференциальных (differential-mode) – когда ток помехи течет в разные стороны в линиях питания, и синфазных (common-mode) – когда ток течет в одном направлении.

Дифференциальные помехи подавляются конденсатором CX (крупный желтый пленочный конденсатор на фото выше), включенным параллельно нагрузке. Иногда на каждый провод дополнительно вешают дроссель, выполняющий ту же функцию (нет на схеме).

Фильтр синфазных помех образован конденсаторами CY (синие каплевидные керамические конденсаторы на фото), в общей точке соединяющими линии питания с землей, и т.н. синфазным дросселем (common-mode choke, LF1 на схеме), ток в двух обмотках которого течет в одном направлении, что создает сопротивление для синфазных помех.

В дешевых моделях устанавливают минимальный набор деталей фильтра, в более дорогих описанные схемы образуют повторяющиеся (полностью или частично) звенья. В прошлом нередко встречались БП вообще без фильтра ЭМП. Сейчас это скорее курьезное исключение, хотя, покупая совсем дешевый БП, можно, все-таки нарваться на такой сюрприз. В результате будет страдать не только и не столько сам компьютер, сколько другая техника, включенная в бытовую сеть, – импульсные БП являются мощным источником помех.

В районе фильтра хорошего БП можно обнаружить несколько деталей, защищающих от повреждения само устройство либо его владельца. Почти всегда есть простейший плавкий предохранитель для защиты от короткого замыкания (F1 на схеме). Отметим, что при срабатывании предохранителя защищаемым объектом является уже не блок питания. Если произошло КЗ, то, значит, уже пробило ключевые транзисторы, и важно хотя бы предотвратить возгорание электропроводки. Если в БП вдруг сгорел предохранитель, то менять его на новый, скорее всего, уже бессмысленно.

Отдельно выполняется защита от кратковременных скачков напряжения с помощью варистора (MOV – Metal Oxide Varistor). А вот никаких средств защиты от длительного повышения напряжения в компьютерных БП нет. Эту функцию выполняют внешние стабилизаторы со своим трансформатором внутри.

Конденсатор в цепи PFC после выпрямителя может сохранять значительный заряд после отключения от питания. Чтобы беспечного человека, сунувшего палец в разъем питания, не ударило током, между проводами устанавливают разряжающий резистор большого номинала (bleeder resistor). В более изощренном варианте – вместе с управляющей схемой, которая не дает заряду утекать при работе устройства.

Кстати, наличие фильтра в блоке питания ПК (а в БП монитора и практически любой компьютерной техники он тоже есть) означает, что покупать отдельный «сетевой фильтр» вместо обычного удлинителя, в общем-то, без толку. У него внутри все то же самое. Единственное условие в любом случае – нормальная трехконтактная проводка с заземлением. В противном случае конденсаторы CY, соединенные с землей, просто не смогут выполнять свою функцию.

Ремонт БП компьютера АТХ

Внимание! Во избежание вывода компьютера из строя расстыковка и подключение разъемов блока питания и других узлов внутри системного блока необходимо выполнять только после полного отключения компьютера от питающей сети

(вынуть вилку из розетки или выключить выключатель в «Пилоте»).

Первое, что необходимо сделать, это проверить наличие напряжения в розетке и исправность удлинителя типа «Пилот» по свечению клавиши его выключателя. Далее нужно проверить, что шнур питания компьютера надежно вставлен в «Пилот» и системный блок и включен выключатель (при его наличии) на задней стенке системного блока.

Как найти неисправность БП нажимая кнопку «Пуск»

Если питание на компьютер подается, то на следующем шаге нужно глядя на кулер блока питания (виден за решеткой на задней стенке системного блока) нажать кнопку «Пуск» компьютера. Если лопасти кулера, хоть немного сдвинуться, значит, исправны фильтр, предохранитель, диодный мост и конденсаторы левой части структурной схемы, а также самостоятельный маломощный источник питания +5 B_SB.

В некоторых моделях БП кулер находится на плоской стороне и чтобы его увидеть, нужно снять левую боковую стенку системного блока.

Поворот на маленький угол и остановка крыльчатки кулера при нажатии на кнопку «Пуск» свидетельствует о том, что на мгновенье на выходе БП появляются выходные напряжения, после чего срабатывает защита, останавливающая работу БП. Защита настроена таким образом, что если величина тока по одному из выходных напряжений превысит заданный порог, то отключаются все напряжения.

Причиной перегрузки обычно является короткое замыкание в низковольтных цепях самого БП или в одном из блоков компьютера. Короткое замыкание обычно появляется при пробое в полупроводниковых приборах или изоляции в конденсаторах.

Для определения узла, в котором возникло короткое замыкание нужно отсоединить все разъемы БП от блоков компьютера, оставив только подключенные к материнской плате. После чего подключить компьютер к питающей сети и нажать кнопку «Пуск». Если кулер в БП завращался, значит, неисправен один из отключенных узлов. Для определения неисправного узла нужно их последовательно подключать к блоку питания.

Если БП, подключенный только к материнской плате не заработал, следует продолжить поиск неисправности и определить, какое из этих устройств неисправно.

Проверка БП компьютера измерением величины сопротивления выходных цепей

При ремонте БП некоторые виды его неисправности можно определить путем измерения омметром величины сопротивления между общим проводом GND черного цвета и остальными контактами выходных разъемов.

Перед началом измерений БП должен быть отключен от питающей сети, и все его разъемы отсоединены от узлов системного блока. Мультиметр или тестер нужно включить в режим измерения сопротивления и выбрать предел 200 Ом. Общий провод прибора подключить к контакту разъема, к которому подходит черный провод. Концом второго щупа по очереди прикасаются к контактам, в соответствии с таблицей.

В таблице приведены обобщенные данные, полученные в результате измерения величины сопротивления выходных цепей 20 исправных БП компьютеров разных мощностей, производителей и годов выпуска.

Для возможности подключения БП для проверки без нагрузки внутри блока на некоторых выходах устанавливают нагрузочные резисторы, номинал которых зависит от мощности блока питания и решения производителя. Поэтому измеренное сопротивление может колебаться в большом диапазоне, но не должно быть ниже допустимого.

Если нагрузочный резистор в цепи не установлен, то показания омметра будут изменяться от малой величины до бесконечности. Это связано с зарядкой фильтрующего электролитического конденсатора от омметра и свидетельствует о том, что конденсатор исправный. Если поменять местами щупы, то будет наблюдаться аналогичная картина. Если сопротивление велико и не изменяется, то возможно в обрыве находится конденсатор.

Сопротивление меньше допустимого свидетельствует о наличии короткого замыкания, которое может быть вызвано пробоем изоляции в электролитическом конденсаторе или выпрямляющего диода. Для определения неисправной детали придется вскрыть блок питания и отпаять от схемы один конец фильтрующего дросселя этой цепи. Далее проверить сопротивление до и после дросселя. Если после него, то замыкание в конденсаторе, проводах, между дорожками печатной платы, а если до него, то пробит выпрямительный диод.

Поиск неисправности БП внешним осмотром

Первоначально следует внимательно осмотреть все детали, обратив особое внимание на целостность геометрии электролитических конденсаторов. Как правило, из-за тяжелого температурного режима электролитические конденсаторы, выходят из строя чаще всего. Около 50% отказов блоков питания связано именно с неисправностью конденсаторов. Зачастую вздутие конденсаторов является следствием плохой работы кулера. Смазка подшипников кулера вырабатывается и обороты падают. Эффективность охлаждения деталей блока питания снижается, и они перегреваются. Поэтому при первых признаках неисправности кулера блока питания, обычно появляется дополнительный акустический шум, нужно почистить от пыли и смазать кулер.

Если корпус конденсатора вздулся или видны следы вытекшего электролита, то отказ конденсатора очевиден и его следует заменить исправным. Вздувается конденсатор в случае пробоя изоляции. Но бывает, внешних признаков отказа нет, а уровень пульсаций выходного напряжения большей. В таких случаях конденсатор неисправен по причине отсутствия контакта между его выводом и обкладки внутри него, как говорят, конденсатор в обрыве. Проверить конденсатор на обрыв можно с помощью любого тестера в режиме измерения сопротивления. Технология проверки конденсаторов представлена в статье сайта «Измерение сопротивления».

Далее осматриваются остальные элементы, предохранитель, резисторы и полупроводниковые приборы. В предохранителе внутри вдоль по центру должна проходить тонкая металлическая проволочка, иногда с утолщением в середине. Если проволочки не видно, то, скорее всего она перегорела. Для точной проверки предохранителя нужно его прозвонить омметром. Если предохранитель перегорел, то его нужно заменить новым или отремонтировать. Прежде, чем производить замену, для проверки блока питания можно перегоревший предохранитель не выпаивать из платы, а припаять к его выводам жилку медного провода диаметром 0,18 мм. Если при включении блока питания в сеть проводок не перегорит, то тогда уже есть смысл заменять предохранитель исправным.

Как проверить исправность БП замыканием контактов PG и GND

Если материнскую плату можно проверить только подключив к заведомо исправному БП, то блок питания можно проверить отдельно с помощью блока нагрузок или запустить с помощью соединения контактов +5 В PG и GND между собой.

От блока питания на материнскую плату питающие напряжения подаются с помощью 20 или 24 контактного разъема и 4 или 6 контактного. Для надежности разъемы имеют защелки. Для того, чтобы вынуть разъемы из материнской платы нужно пальцем нажать наверх защелки одновременно, прилагая довольно большое усилие, покачивая из стороны в сторону, вытащить ответную часть.

Далее нужно закоротить между собой, отрезком провода, можно и металлической канцелярской скрепкой, два вывода в разъеме, снятой с материнской платы. Провода расположены со стороны защелки. На фотографиях место установки перемычки обозначено желтым цветом.

Если разъем имеет 20 контактов

, то соединять между собой нужно вывод
14
(провод зеленого цвета, в некоторых блоках питания может быть серый, POWER ON) и вывод
15
(провод черного цвета, GND).

Если разъем имеет 24 контакта

, то соединять между собой нужно вывод
16
(зеленого зеленого, в некоторых блоках питания провод может быть серого цвета, POWER ON) и вывод
17
(черный провод GND).

Если крыльчатка в кулере блока питания завращается, то блок питания АТХ можно считать работоспособным, и, следовательно, причина неработящего компьютера находится в других блоках. Но такая проверка не гарантирует стабильную работу компьютера в целом, так как отклонения выходных напряжений могут быть больше допустимых.

Проверка БП компьютера измерением напряжений и уровня пульсаций

После ремонта БП или в случае нестабильной работы компьютера для полной уверенности в исправности блока питания, необходимо его подключить к блоку нагрузок и измерять уровень выходных напряжений и размах пульсаций. Отклонение величин напряжений и размаха пульсаций на выходе блока питания не должны превышать значений, приведенных в таблице.

Можно обойтись и без блока нагрузок измеряв напряжение и уровень пульсаций непосредственно на выводах разъемов БП в работающем компьютере.

При измерении напряжений мультиметром «минусовой» конец щупа подсоединяется к черному проводу (общему), а «плюсовой» к нужным контактам разъема.

Напряжение +5 В SB (Stand-by), фиолетовый провод – вырабатывает встроенный в БП самостоятельный маломощный источник питания выполненный на одном полевом транзисторе и трансформаторе. Это напряжение обеспечивает работу компьютера в дежурном режиме и служит только для запуска БП. Когда компьютер работает, то наличие или отсутствие напряжения +5 В SB роли не играет. Благодаря +5 В SB компьютер можно запустить нажатием кнопки «Пуск» на системном блоке или дистанционно, например, с Блока бесперебойного питания в случае продолжительного отсутствия питающего напряжения 220 В.

Напряжение +5 В PG (Power Good) – появляется на сером проводе БП через 0,1-0,5 секунд в случае его исправности после самотестирования и служит разрешающим сигналом для работы материнской платы.

Напряжение минус 12 В (провод синего цвета) необходимо только для питания интерфейса RS-232, который в современных компьютерах отсутствует. Поэтому в блоках питания последних моделей этого напряжения может не быть.

Как заменить предохранитель в БП компьютера

Обычно в компьютерных блоках питания устанавливается трубчатый стеклянный плавкий предохранитель, рассчитанный на ток защиты 6,3 А. Для надежности и компактности предохранитель впаивают непосредственно в печатную плату. Для этого применяются специальные предохранители, имеющие выводы для запайки. Предохранитель обычно устанавливают в горизонтальном положении рядом с сетевым фильтром и его легко обнаружить по внешнему виду.

Но иногда встречаются блоки питания, в которых предохранитель установлен в вертикальном положении и на него надета термоусаживаемая трубка, как на фотографии выше. В результате обнаружить его затруднительно. Но помогает надпись, нанесенная на печатной плате рядом с предохранителем: F1 – так обозначается предохранитель на электрических схемах. Рядом с предохранителем может быть также указан ток, на который он рассчитан, на представленной плате указан ток 6,3 А.

При ремонте блока питания и проверке вертикально установленного предохранителя с помощью мультиметра был обнаружен его обрыв. После выпаивания предохранителя и снятия термоусаживаемой трубки стало очевидно, что он перегорел. Стеклянная трубка изнутри вся была покрыта черным налетом от перегоревшей проволоки.

Предохранители с проволочными выводами встречается редко, но их можно с успехом заменить обычными 6,3 амперными, припаяв к чашечкам с торцов одножильные кусочки медного провода диаметром 0,5-0,7 мм.

Останется только запаять подготовленный предохранитель в печатную плату блока питания и проверить его на работоспособность.

Если при включении блока питания предохранитель сгорел повторно, то значит, имеет место отказ других радиоэлементов, обычно пробой переходов в ключевых транзисторах. Ремонтировать блок питания с такой неисправностью требует высокой квалификации и экономически не целесообразен. Замена предохранителя, рассчитанного на больший ток защиты, чем 6,3 А не приведет к положительному результату. Предохранитель все равно перегорит.

Поиск в БП неисправных электролитических конденсаторов

Очень часто отказ блока питания, и как результат нестабильная работа компьютера в целом, происходит по причине вздутия корпусов электролитических конденсаторов. Для защиты от взрыва, на торце электролитических конденсаторов делаются надсечки. При возрастании давления внутри конденсатора происходит вздутие или разрыв корпуса в месте надсечки и по этому признаку легко найти отказавший конденсатор. Основной причиной выхода из строя конденсаторов является их перегрев из-за неисправности кулера или превышения допустимого напряжения.

На фотографии видно, что у конденсатора, находящегося с левой стороны, торец плоский, а у правого – вздутый, со следами подтекшего электролита. Такой конденсатор вышел из строя и подлежит замене. В блоке питания обычно выходят из строя электролитические конденсаторы по шине питания +5 В, так как устанавливаются с малым запасом по напряжению, всего на 6,3 В. Встречал случаи, когда все конденсаторы в блоке питания по цепи +5 В были вздутые.

При замене конденсаторов по цепи питания 5 В рекомендую устанавливаю конденсаторы, которые рассчитаны на напряжение не мене, чем на 10 В. Чем на большее напряжение рассчитан конденсатор, тем лучше, главное, чтобы по габаритам вписался в место установки. В случае, если конденсатор с большим напряжение не вмещается из-за размеров, можно установить конденсатор меньшей емкости, но рассчитанный на большее напряжение. Все равно емкость установленных на заводе конденсаторов имеет большой запас и такая замена не ухудшит работу блока питания и компьютера в целом.

Чем емкость устанавливаемого конденсатора больше, тем лучше. Так что при замене лучше выбирать конденсатор, рассчитанный на большее напряжение и емкость, чем у вышедшего из строя. Заменить вышедший из строя конденсатор в блоке питания не сложно, при наличии навыков работы с паяльником. Технике пайки посвящена статья сайта «Как паять паяльником».

Нет смысла заменять электролитические конденсаторы в блоке питания, если они все вспучились. Это значит, что вышла из строя схема стабилизации выходного напряжения, и на конденсаторы было подано напряжение, превышающее допустимое. Такой блок питания можно отремонтировать, только имея профессиональное образование и измерительные приборы, но экономически такой ремонт не целесообразен.

Главное при ремонте БП не забывать, что электролитические конденсаторы имеют полярность. Со стороны отрицательного вывода на корпусе конденсатора имеется маркировка, в виде широкой светлой вертикальной полосы, как показано на фото выше. На печатной плате отверстие для отрицательного вывода конденсатора расположено в зоне маркировки белого (черного) полукруга или отверстие для положительного вывода обозначается знаком «+».

Проверка дросселя групповой стабилизации БП АТХ

Если из системного блока компьютера вдруг запахло гарью, то одной из причин может быть перегрев дросселя групповой стабилизации в БП или подгоревшая обмотка одного из кулеров. При этом компьютер обычно продолжает нормально работать. Если после вскрытия системного блока и осмотра все кулеры вращаются, то значит, неисправен дроссель. Компьютер необходимо сразу выключить и заняться ремонтом.

На фотографии показан БП компьютера со снятой крышкой, в центре которой виден дроссель, покрытый изоляцией зеленого цвета, подгоревшей сверху. Когда я подключил этот БП к нагрузке и подал на него питающее напряжение, то через пару минут из дросселя пошла тонкая струйка дыма. Проверка показала, что все выходные напряжения в допуске и размах пульсаций не превышает допустимый.

Через дроссель проходит ток всех питающих компьютер напряжений и очевидно, что произошло нарушение изоляции проводов обмоток вследствие чего, они закоротили между собой.

Обмотки можно перемотать на этот же сердечник, но в результате сильного нагрева магнитодиэлектрик сердечника может потерять добротность, в результате из-за больших токов Фуко будет нагреваться даже при целых обмотках. Поэтому рекомендую установить новый дроссель. Если аналога нет, то нужно посчитать витки обмоток, сматывая их на сгоревшем дросселе, и намотать изолированным проводом такого же сечения на новом сердечнике. При этом нужно соблюдать направление обмоток.

Проверка других элементов БП

Резисторы и простые конденсаторы не должны иметь потемнений и нагаров. Корпуса полупроводниковых приборов должны быть целыми, без сколов и трещин. При самостоятельном ремонте целесообразно выполнить замену только элементов, отображенных на структурной схеме. Если потемнела краска на резисторе, или развалился транзистор, то менять их бессмысленно, так как, скорее всего это следствие выхода из строя других элементов, которые без приборов не обнаружить. Потемневший корпус резистора не всегда свидетельствует о его неисправности. Вполне возможно просто потемнела только краска, а сопротивление резистора в норме.

⇡#Блок активного PFC

В цепи переменного тока с линейной нагрузкой (как, например, лампа накаливания или электроплитка) протекающий ток следует такой же синусоиде, как и напряжение. Но это не так в случае с устройствами, имеющими входной выпрямитель, – такими как импульсные БП. Блок питания пропускает ток короткими импульсами, примерно совпадающими по времени с пиками синусоиды напряжения (то есть максимальным мгновенным напряжением), когда подзаряжается сглаживающий конденсатор выпрямителя.

Сигнал тока искаженной формы раскладывается на несколько гармонических колебаний в сумме с синусоидой данной амплитуды (идеальным сигналом, который имел бы место при линейной нагрузке).

Мощность, используемая для совершения полезной работы (которой, собственно, является нагрев компонентов ПК), указана в характеристиках БП и называется активной. Остальная мощность, порождаемая гармоническими колебаниями тока, называется реактивной. Она не производит полезной работы, но нагревает провода и создает нагрузку на трансформаторы и прочее силовое оборудование.

Векторная сумма реактивной и активной мощности называется полной мощностью (apparent power). А отношение активной мощности к полной называется коэффициентом мощности (power factor) – не путать с КПД!

У импульсного БП коэффициент мощности изначально довольно низкий – около 0,7. Для частного потребителя реактивная мощность не составляет проблемы (благо она не учитывается электросчетчиками), если только он не пользуется ИБП. На бесперебойник как раз таки ложится полная мощность нагрузки. В масштабе офиса или городской сети избыточная реактивная мощность, создаваемая импульсными БП уже значительно снижает качество электроснабжения и вызывает расходы, поэтому с ней активно борются.

В частности, подавляющее большинство компьютерных БП оснащаются схемами активной коррекции фактора мощности (Active PFC). Блок с активным PFC легко опознать по единственному крупному конденсатору и дросселю, установленным после выпрямителя. В сущности, Active PFC является еще одним импульсным преобразователем, который поддерживает на конденсаторе постоянный заряд напряжением около 400 В. При этом ток из питающей сети потребляется короткими импульсами, ширина которых подобрана таким образом, чтобы сигнал аппроксимировался синусоидой – что и требуется для имитации линейной нагрузки. Для синхронизации сигнала потребления тока с синусоидой напряжения в контроллере PFC имеется специальная логика.

Схема активного PFC содержит один или два ключевых транзистора и мощный диод, которые размещаются на одном радиаторе с ключевыми транзисторами основного преобразователя БП. Как правило, ШИМ-контроллер ключа основного преобразователя и ключа Active PFC являются одной микросхемой (PWM/PFC Combo).

Коэффициент мощности у импульсных блоков питания с активным PFC достигает 0,95 и выше. Кроме того, у них есть одно дополнительное преимущество – не требуется переключатель сети 110/230 В и соответствующий удвоитель напряжения внутри БП. Большинство схем PFC переваривают напряжения от 85 до 265 В. Кроме того, снижается чувствительность БП к кратковременным провалам напряжения.

Кстати, помимо активной коррекции PFC, существует и пассивная, которая подразумевает установку дросселя большой индуктивности последовательно с нагрузкой. Эффективность ее невелика, и в современном БП вы такое вряд ли найдете.

⇡#Основной преобразователь

Общий принцип работы для всех импульсных БП изолированной топологии (с трансформатором) один: ключевой транзистор (или транзисторы) создает переменный ток на первичной обмотке трансформатора, а ШИМ-контроллер управляет скважностью их переключения. Конкретные схемы, однако, различаются как по количеству ключевых транзисторов и прочих элементов, так и по качественным характеристикам: КПД, форма сигнала, помехи и пр. Но здесь слишком многое зависит от конкретной реализации, чтобы на этом стоило заострять внимание. Для интересующихся приводим набор схем и таблицу, которая позволит по составу деталей опознавать их в конкретных устройствах.

Помимо перечисленных топологий, в дорогих БП встречаются резонансные (resonant) варианты Half Bridge, которые легко опознать по дополнительному крупному дросселю (или двум) и конденсатору, образующим колебательный контур.

⇡#Вторичная цепь

Вторичная цепь – это все, что находится после вторичной обмотки трансформатора. В большинстве современных блоков питания трансформатор имеет две обмотки: с одной из них снимается напряжение 12 В, с другой – 5 В. Ток сначала выпрямляется с помощью сборки из двух диодов Шоттки – одной или нескольких на шину (на самой высоконагруженной шине – 12 В — в мощных БП бывает четыре сборки). Более эффективными с точки зрения КПД являются синхронные выпрямители, в которых вместо диодов используются полевые транзисторы. Но это прерогатива по-настоящему продвинутых и дорогих БП, претендующих на сертификат 80 PLUS Platinum.

Шина 3,3 В, как правило, выводится от той же обмотки, что и шина 5 В, только напряжение понижается с помощью насыщаемого дросселя (Mag Amp). Специальная обмотка на трансформаторе под напряжение 3,3 В – экзотический вариант. Из отрицательных напряжений в текущем стандарте ATX осталось только -12 В, которое снимается со вторичной обмотки под шину 12 В через отдельные слаботочные диоды.

ШИМ-управление ключом преобразователя изменяет напряжение на первичной обмотке трансформатора, а следовательно – на всех вторичных обмотках сразу. При этом потребление тока компьютером отнюдь не равномерно распределено между шинами БП. В современном железе наиболее нагруженной шиной является 12-В.

Для раздельной стабилизации напряжений на разных шинах требуются дополнительные меры. Классический способ подразумевает использование дросселя групповой стабилизации. Три основные шины пропущены через его обмотки, и в результате если на одной шине увеличивается ток, то на других – падает напряжение. Допустим, на шине 12 В возрос ток, и, чтобы предотвратить падение напряжения, ШИМ-контроллер уменьшил скважность импульсов ключевых транзисторов. В результате на шине 5 В напряжение могло бы выйти за допустимые рамки, но было подавлено дросселем групповой стабилизации.

Напряжение на шине 3,3 В дополнительно регулируется еще одним насыщаемым дросселем.

В более совершенном варианте обеспечивается раздельная стабилизация шин 5 и 12 В за счет насыщаемых дросселей, но сейчас эта конструкция в дорогих качественных БП уступила место преобразователям DC-DC. В последнем случае трансформатор имеет единственную вторичную обмотку с напряжением 12 В, а напряжения 5 В и 3,3 В получаются благодаря преобразователям постоянного тока. Такой способ наиболее благоприятен для стабильности напряжений.

Выходной фильтр

Финальной стадией на каждой шине является фильтр, который сглаживает пульсации напряжения, вызываемые ключевыми транзисторами. Кроме того, во вторичную цепь БП в той или иной мере пробиваются пульсации входного выпрямителя, чья частота равна удвоенной частоте питающей электросети.

В состав фильтра пульсаций входит дроссель и конденсаторы большой емкости. Для качественных блоков питания характерна емкость не менее 2 000 мкФ, но у производителей дешевых моделей есть резерв для экономии, когда устанавливают конденсаторы, к примеру, вдвое меньшего номинала, что неизбежно отражается на амплитуде пульсаций.

Прочие проблемы

Еще причинами неисправности БП может быть неисправность мощных транзисторов в ключах инвертора. Если импульсы на базы (затворы) триодов приходят, а в цепи коллекторов (стоков) их нет, транзисторы надо выпаять и прозвонить. Биполярные триоды прозваниваются, как два диода с общим выводом.

Советуем к прочтению: Как измерить сопротивление мультиметром: инструкции, фото, видео

Для тестирования MOSFET лучше собрать несложную схему.

Также надо проверить наличие сигнала Power_good на 8 контакте разъема материнской платы. Может получиться так, что все напряжения в порядке, но неисправна схема формирования данного сигнала. Компьютер это воспримет, как неисправность БП.

⇡#Дежурное питание +5VSB

Описание компонентов блока питания было бы неполным без упоминания об источнике дежурного напряжения 5 В, который делает возможным спящий режим ПК и обеспечивает работу всех устройств, которые должны быть включены постоянно. «Дежурка» питается от отдельного импульсного преобразователя с маломощным трансформатором. В некоторых БП встречается и третий трансформатор, использующийся в цепи обратной связи для изоляции ШИМ-контроллера от первичной цепи основного преобразователя. В других случаях эту функцию выполняют оптопары (светодиод и фототранзистор в одном корпусе).

Советы по выбору источника

Перед тем как выбрать для покупки БП, следует обратить внимание на потребляемую мощность внутренними компонентами ПК.

Но некоторые видеокарты требуют особый потребляемый ток +12В и эти показатели следует учитывать при выборе БП. Обычно для ПК, в котором установлена одна видеокарта, достаточно источника с мощностью в 500вт или 600.

Также следует ознакомится с отзывами покупателей и обзорами специалистов о выбранной модели, и компании производителе. Лучшие параметры, на которые следует обратить внимание, это: мощность, тихая работа, качество и соответствие написанным характеристикам на этикетке.

Экономить при этом не следует, ведь от работы БП будет зависеть работа всего ПК. Поэтому чем качественнее и надежнее источник, тем дольше прослужит компьютер. Пользователь может быть уверен, что сделал правильный выбор и не беспокоится о внезапных выключениях своего ПК.