ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Блоки питания (БП) для системных модулей IBM PC XT/AT предназначены для преобразования входного переменного напряжения сети в выходные постоянные напряжения, обеспечивающие работу всех узлов и блоков компьютера.

Основной функцией источника электропитания является обеспечение стабильного заданного выходного напряжения при изменении я широких пределах входного напряжения, выходного тока и рабочей температуры. Степень, с которой источник электропитания обеспечивает стабильность выходного напряжения в вышеприведенных условиях, является основным показателем качества источника.

БП системных модулей вырабатывают напря-

жения +5В, -5В, +12В, -12В, сигнал POWER GOOD (PG) и, как правило, имеют выходную мощность

150 или 200 Вт.

Примерное распределение потребляемой мощности между отдельными компонентами компьютера выглядит следующим образом, Вт:

Наиболее токонагруженным является канал выработки напряжения +5В (максимальный ток в нагрузке примерно 15А для 150-ваттного БП и 20А для 200-ваттного БП), затем – канал выработки напряжения +12В (максимальный ток в нагрузке достигает 5,5А для 150-ваттного БП и 8А для 200ваттного БП ), затем – каналы выработки -5В и -12В (токи в нагрузке – по 0,5А).

Сигнал PG имеет активный низкий уровень с момента включения БП и запрещает работу процессора до тех пор, пока выходные напряжения БП не достигнут номинального уровня, после чего сигнал PG становится высокого уровня и процессор запускается. При выключении БП из сети PG становится активного низкого уровня и инициализирует сигнал системного сброса RESET, прежде чем исчезнет питание +5 В цифровой части системного модуля. Этим предотвращаются сбои в работе цифровой части системного модуля, поведение которой при заниженном питании становится непредсказуемым (ложная запись в память и т.д.).

В процессе работы компьютера, когда БП работает в номинальном режиме, PG имеет высокий уровень и не влияет на работу процессора. Многие БП мощностью менее 180 Вт, предназначенные для компьютеров класса XT, не формируют сигнала PG, и поэтому не совместимы с ком-

пьютерами класса AT.

Как правило, на задней стенке БП имеется переключатель номинала сетевого напряжения

230В/115В.

Внимание: необходимо следить за соответствием положения данного переключателя и напряжения сети, в противном случае БП выйдет из строя!

Следует отметить, что в разных странах в качестве стандартных приняты различные значения питающих напряжений:

110В – в Ливане:

115В – в Тайване, Кубе, Колумбии; 120В – в США, Канаде, Никарагуа; 127В – в Алжире, Италии, Испании;

220В – в большинстве стран Европы, СНГ; 230В – в Индии, Норвегии; 240В – в Великобритании, Австралии.

Однако эти отличия являются несущественными для ИБП, т.к. находятся в его рабочем диапазоне допусков на напряжение питающей сети.

Питающее напряжение сети обозначается на зарубежных схемах как, например, 220V АС. Со-

кращение AC (Alternating Current) применяется для обозначения напряжения переменного тока.

Сокращение DC (Direct Current) применяется для обозначения напряжений постоянного тока, например, 5V DC.

Выходные напряжения БП подаются ко всем узлам и блокам компьютера с помощью разноцветных проводов, собранных в жгуты. Количество выходных разъемов всегда одно и то же: четыре четырехконтактных и два шестиконтактных (изредка эти два шестиконтактных разъема объединены в один двенадцатиконтактный разъем). Шестиконтактные разъемы подсоединяются на системную плату, а четырехконтактные – на дисководы и накопители НГМД, НЖМД. По цвету провода можно определить, какое напряжение подается с его помощью на соответствующий контакт выходного разъема:

Внимание: изредка встречаются отступления от стандартной цветовой маркировки!

Все четырехконтактные разъемы имеют одинаковую цоколевку (рис.1), поэтому подключение их не вызывает затруднений. В ответной части для этих разъемов имеется "ключ", поэтому подключить разъем неправильно невозможно. С шестиконтактными разъемами ситуация иная. Сами разъемы одинаковые, а цоколевка у них разная. Это единственное место, где возможна ошибка

3

при подключении. К сожалению, "ключ" на ответной части к этим разъемам позволяет установить их наоборот, т.е. поменять местами. С целью избежания такой ошибки в некоторых вариантах блоков два шестиконтактных разъема объединяются в один двенадцатиконтактный.

+12В (желтый) 1

ОБЩ. (черный) 2 ОБЩ. (черный) 3 +5В (красный) 4

Рис. 1. Четырехконтактный стандартный выходной разъем ИБП (розетка) и его цоколевка.

Внимание: правильной является такая установка шестиконтактных разъемов, когда черные ("корпусные") провода обоих разъемов оказываются рядом (рис. 2).

+5В (красный) +5В (красный) +5В (красный) -5В (белый) ОБЩ. (черный) ОБЩ. (черный) ОБЩ. (черный) ОБЩ. (черный) -12В (синий) +12В (желтый) +5В (красный) P.G. (оранжевый)

Рис. 2. Правильная установка шестиконтактных выходных разъемов ИБП на системную плату и их цоколевка.

Эти характеристики приводятся в сопроводительной документации на БП. Наиболее полно они представлены в инструкциях по эксплуатации

(Operating Instruction Manual), предназначенных для специальных сервисных служб по ремонту и обслуживанию.

Наиболее важные из характеристик, но в гораздо меньшем объеме, приводятся в рекламных проспектах и инструкциях для пользователя, приобретающего компьютер, укомплектованный данным типом блока. Такого рода документация известна под общим названием "Руководство для пользователя" (Users Manual).

И, наконец, самые важные характеристики могут быть указаны в виде цветных табличек (Labels), наклеенных на металлический корпус блока. На них приводятся минимально необходимые технические характеристики для исключения

ошибок при установке БП.

Кроме того, поскольку к БП предъявляются жесткие требования в части электромагнитной совместимости, то в паспортных данных обязательно имеется ссылка на выполнение БП в соответствии со специальным стандартом на этот параметр. В данном руководстве такая ссылка имеется: блок сконструирован в соответствии с национальными стандартами BS800, VDE0871, СЕЕ15.

Отдельным пунктом указывается о совместимости данного блока с IBM PC AT.

Кроме перечисленных могут приводиться и другие характеристики. Например, в рекламном проспекте на БП PSQ-1-200 приводятся такие характеристики как: акустический шум (не более 38 dB), уровень радиопомех ( 54dB max в диапазоне частот 0,15-5 MHz и 48dB max в диапазоне 5-30 MHz).

БП для компьютеров строятся по бестрансформаторной схеме подключения к питающей сети и представляют собой импульсные БП, которые характеризуются высоким КПД (более 70%), малым весом и небольшими габаритами.

Однако импульсный БП является источником импульсных помех, что предъявляет к его схеме высокие требования в части электромагнитной совместимости с остальной схемой компьютера, а также с другими бытовыми электронными устройствами. Кроме того в бестрансформаторных ИБП нет гальванической развязки части схемы от напряжения сети, что требует принятия специальных мер безопасности при его ремонте.

Основными функциональными частями ИБП являются:

•входной помехоподавляющий фильтр;

•сетевой выпрямитель;

•сглаживающий емкостной фильтр;

•схема пуска;

•ключевой преобразователь напряжения с импульсным силовым трансформатором (силовой инвертор);

•схема управления;

•цепи формирования выходных напряжений, гальванически развязанные от питающей сети;

•цепи формирования и передачи сигнала обратной связи на схему управления.

В зависимости от назначения ИБП может содержать различные дополнительные схемы, например:

•линейные стабилизаторы в интегральном или дискретном исполнении;

•помехоподавляющие цепи;

•схемы защиты от перегрузок по току, а также от входного и выходного пере- и недонапряжения.

Кроме того в схему ИБП могут включаться схемы формирования специальных управляющих сигналов, обеспечивающих согласованную работу ИБП с питаемой от него схемой.

Для получения постоянных напряжений с помощью ИБП с бестрансформаторным входом в нем осуществляется тройное преобразование напряжения. Переменное напряжение сети выпрямляется и сглаживается. Полученное постоянное напряжение преобразуется в импульсное прямоугольное напряжение частотой несколько десятков килогерц, которое трансформируется с соответствующим коэффициентом на вторичную сторону, выпрямляется и сглаживается. Определяющим узлом любого ИБП является ключевой преобразователь напряжения и в первую очередь его силовая часть (мощный выходной каскад). Выходные каскады всех разновидностей ИБП можно разделить на два больших класса: однотактные и двухтактные.

Рассмотрим работу обобщенной однотактной схемы ИБП, приведенной на рис. 3.

Переменное напряжение сети выпрямляется диодным мостом и сглаживается конденсатором большой емкости. В результате на выходе выпрямителя появляется постоянное положительное напряжение Uep = +310В. Этим напряжением запитывается схема пуска, которая вырабатывает питающее напряжение для схемы управления сразу после включения ИБП. На выходе схемы управления вырабатывается управляющее напряжение в виде последовательности прямоугольных импульсов с частотой порядка несколько десятков килогерц. Эти импульсы управляют состоянием (открыт/закрыт) мощного ключевого высокочастотного транзистора, нагрузкой которого является первичная обмотка импульсного высокочастотного трансформатора (ИВТ). В результате переключении транзисторного ключа во вторичных обмотках ИВТ наводятся импульсные ЭДС прямоугольной формы, которые затем выпрямляются и сглаживаются.

Силовая часть однотактного преобразователя с бестрансформаторным входом может быть выполнена одним из двух возможных способов. Поэтому следует различать проточные (прямоходовые) и запорные (обратноходовые) преобразователи.

В проточных преобразователях ток подзарядки накопительных емкостей во вторичной цепи (ток через диоды выпрямителя) протекает во время открытого состояния ключевого транзистора, а в запорных – во время закрытого состояния этого транзистора. Тип преобразователя определяется выбором определенной полярности подключения выпрямительных диодов ко вторичным обмоткам импульсного трансформатора и конструктивными особенностями самого импульсного трансформатора.

Принципиальная схема прямоходового преобразователя (преобразователя с пропускающим диодом) изображена на рис. 4,а. Энергия в цепь нагрузки передается через диод D1 во время открытого состояния транзистора Q1. Одновременно в сердечнике дросселя L1 накапливается магнитная энергия (токи через дроссель и первичную обмотку Т1 линейно нарастают), которая затем во время закрытого состояния Q1 выдается в нагрузку через диод D2. При этом ток дросселя линейно уменьшается. Магнитная энергия, накопленная в сердечнике трансформатора Т1 за время открытого состояния Q1, снова возвращается в источник во время закрытого состояния Q1. Этот возврат (рекуперация) осуществляется с помощью обмотки размагничивания и диода D3. В против-

ном случае сердечник трансформатора оказался бы в состоянии насыщения, что при следующем открывании транзистора Q1 привело бы к выводу его из строя чрезмерно большим током первичной обмотки Т1, индуктивность которой была бы очень мала.

Таким образом в прямоходовом преобразователе трансформатор служит только для трансформации энергии. Исходя из этого принципа трансформатор прямоходового преобразователя должен выполняться таким, чтобы запасаемая в его сердечнике магнитная энергия за время открытого состояния транзистора была бы минимальной.

Рис.4. Преобразователь с пропускающим (а) и запирающим (б) диодом (без схемы управления и согласующего каскада).

Принципиальная схема обратноходового преобразователя (преобразователя с запирающим диодом) изображена на рис. 4,б. Трансформатор Т1 во время открытого состояния транзистора Q1 запасает магнитную энергию, т.к. через первичную обмотку Т1 и открытый Q1 протекает нарастающий во времени ток. Во время закрытого состояния транзистора Q1 трансформатор Т1 отдает накопленную энергию через диод D1 в конденсатор С1 и в нагрузку. Во время открытого состояния транзистора диод D1 закрыт, и нагрузка получает энергию только от конденсатора С1. Обратноходовой преобразователь является единственным типом преобразователя с одним только индуктивным элементом в виде трансформатора Т1, который служит для накопления и трансформации энергии. Поскольку трансформатор Т1 является накопительным элементом, то большое значение приобретает линейность характеристики намагничивания его сердечника в большом ди-