Блок питания пэвм ([5], с.783)

Блоки питания ПЭВМ должны обеспечивать основные номиналы напряжений, используемых устройствами системного блока ПЭВМ.

Принято считать, что лучше обеспечить более высокие характеристики блока питания, чем пытаться добиться устойчивости работы устройств и узлов ПЭВМ при недостаточно качественном питании.

К блокам питания предъявляется довольно много различных требований:

• по уровню помех, передаваемых во вторичные цепи

• по стабильности питающих напряжений (при разбросе напряжений в сети и колебании токов нагрузки)

• по температурной стабильности

• по электробезопасности

• по защите ПЭВМ от значительного повышения или понижения напряжения в первичной сети

• по уровню электромагнитного излучения

• по уровню обратных помех, генерируемых в питающую сеть и др.

По сравнению с традиционными блоками питания стационарной радиоаппаратуры, имеющими трансформаторный вход с понижающим трансформатором, в блоках питания ПЭВМ, с целью уменьшения габаритов при обеспечении достаточной мощности, используется высокочастотный импульсный силовой трансформатор. Он обеспечивает и гальваническую развязку входных и выходных цепей.

Однако, такой схеме присущи и определенные недостатки, в частности,

• высокий уровень помех от высокочастотного трансформатора

• повышенные требования к мощным высоковольтным транзисторам преобразователя напряжения на входе высокочастотного трансформатора

• большое количество компонентов блока питания

• значительная пульсация выходного напряжения.

Во многих случаях, для экономии затрат в блоках питания ПЭВМ стабилизируется только одно (обычно, основное - +5 В или +3,3 В) напряжение, а остальные напряжения часто оставляют нестабилизированными. При этом появляется зависимость нестабилизированных напряжений от нагрузки по основному: чем выше токи нагрузки в основной цепи, тем выше остальные напряжения.

Импульсные блоки питания некритичны к частоте сети (50 или 60 Гц) и часто позволяют работать в широком диапазоне входных напряжений. Некоторые старые блоки имеют переключатели диапазона напряжения сети. В более новых блоках используются компоненты с большим запасом по допустимому напряжению, не требующие переключения 110/220 В.

Структурная схема блока питания с импульсным трансформатором представлена на рис.9. Напряжение сети, после сетевого фильтра выпрямляется диодным мостиком и поступает на высокочастотный преобразователь. На выходе преобразователя формируются высокочастотные импульсы, поступающие на понижающий импульсный трансформатор, с обмоток которого снимаются нужные номиналы напряжений, преобразуемые в постоянные напряжения на отдельных выпрямителях. Стабилизация выходных напряжений осуществляется за счет изменения ширины импульсов напряжения на выходе преобразователя: через усилитель обратной связи на формирователь поступает стабилизируемое напряжение, величина которого управляет шириной импульсов. Это, в свою очередь, увеличивает или уменьшает отдаваемый в нагрузку ток.

Начиная с первых моделей ПЭВМ, блок питания строится по двухтактной схеме с бестрансформаторным входом. Упрощенная схема такого блока представлена на рис.10, где Ф – формирователи импульсов, C1иC2– накопительные конденсаторы, хранящие энергию на случай кратковременных понижений напряжения сети, Т1 и Т2 – мощные высоковольтные транзисторы, Тр1 – трансформатор развязки цепей управления, Тр2 – силовой импульсный трансформатор.

Входное напряжение после сетевого фильтра (гасящего высокочастотные помехи) выпрямляется и поступает на накопительные конденсаторы C1 и C2. Транзисторы Т1 и Т2 представляют собой мощные высоковольтные ключи, нагруженные на первичную обмотку импульсного силового трансформатора Тр2. (Вместе с емкостями С1 и С2 и трансформатором Тр1 они образуют генератор.) Этот трансформатор обеспечивает преобразование напряжений и гальваническую развязку входных и выходных цепей.

Преобразователь (устройство управления, транзисторы, формирователи, и оба трансформатора) является и стабилизирующим регулятором основного источника +5В, которое в качестве напряжения обратной связи подается на вход устройства управления, регулирующего ширину (скважность) импульсов, формируемых на выходах Т1 и Т2.

(Блоки питания строятся на основе управляющей микросхемы TL494CNили ее аналогов. Поскольку эта микросхема управляет запиранием ключей Т1 и Т2, а не их отпиранием, то блоки питания ПЭВМ запускаются при включении лучше, чем блоки, например, ЕС ЭВМ, требовавшие специального источника служебного напряжения. Правда, некоторые блоки ПЭВМ не запускаются без нагрузки, что следует учитывать при их настройке.)

Блок питания вырабатывает основное стабилизированное напряжение +5В с допустимой нагрузкой 10-50 А; +12В при токе 3,5-15 А для питания двигателей устройств и интерфейсных цепей; –12В при токе 0,3-1 А для питания интерфейсных цепей; –5В при токе 0,3-0,5 А (обычно не используется, имеется для соблюдения стандарта шины ISA). В более поздних моделях блоков питания (ATX,см. ниже) имеется напряжение +3,3 В для питания процессоров, памяти и других компонент системы. Мощность блока питания обычно варьируется в пределах от 200 Вт до 500 Вт (для серверов).

Кроме питающих напряжений, блок вырабатывает сигнал нормального питания P.G. (Power Good) илиPW-OK (Power Okay). Этот сигнал с уровнем от 3В до 6В вырабатывается через 0,1-0,5 с после включения питания при нормальных выходных напряжениях блока. Отсутствие требуемой задержки этого сигнала при включении и запаздывание его снятия при выключении может приводить к потере информации вCMOSи ошибкам по включении питания.

Блоки питания настольных ПЭВМ имеют две модификации: простой (традиционный) или АТ и ATX, обычно связываемые с конструкцией корпуса системного блока и различающиеся как конструктивно, так и электрическим интерфейсом.

В блоках формата ATXдобавлено напряжение +3,3 В и маломощный источник +5В для режимаStandBy. Этот источник используется для питания устройств, активных в спящем режиме, и позволяет“будить” ПЭВМ, например от телефонных звонков по модему, сообщений по сети и т.п. Добавлен также управляющий сигналPS-ON, включающий основные источники+5, +3,3, +12, -12 и -5 В. Временная диаграмма сигналов при включении и отключении блока питанияATXпоказана на рис.11.

Интерфейс управления питанием блокаATX позволяет организовать программное отключение питания после закрытия операционной системы. Полезным элементом блока является выключатель, позволяющий отключать его от силовой сети, так как при выключении питания программно или кнопкой блок остается под напряжением, и, например, возможные ночные броски напряжения могут его повредить.

Разъемы жгутов блоков питания ATиATXтакже различны. Распайка основных разъемов питания и дополнительных жгутов для питания накопителей представлена на рис.12. Провода отдельных напряжений питания имеют стандартный цвет:

GND – черный

+5 В – красный

+12 В – желтый

-12 В – коричневый (AT) / синий (ATX)

-5 В – голубой (AT) / белый (ATX)

P.G.– белый

+3.3 В – оранжевый

+3.3 В (Sense - обратная связь) – коричневый (может подключаться к 11)

+5 В (StandBy) – малиновый

PS-ON – зеленый

PW-OK– серый.

Цепь +3.3 В Senseблока питанияATXслужит для подачи сигнала обратной связи стабилизатору напряжения +3.3В.

На блоке питания ATX может быть также дополнительный разъем для управления вентилятором и питания интерфейсаIEEE-1394.