43. Неисправности блока питания

Принцип работы блока питания

Главное предназначение блока питания — преобразование переменного напряжения 220 В с частотой 50 Гц (или 120 В и 60 Гц) в постоянное напряжение +5 В и +12 В (иногда еще и +3,3 В), необходимое для работы всех устройств компьютера. Наличие постоянного напряжения разной величины объясняется просто: боль­шинство микросхем в электронных цепях комплектующих компьютера используют напряжение +3,3 В или +5 В, в то время как устройства хранения данных — +12 В. От стабильности указанных показателей постоянного тока зависит надежность работы компонентов компьютера и всей системы в целом. Компьютер работает стабильно только в том случае, если значения напряжения в данных цепях не выходят за установленные пределы.

Основной характеристикой блока питания является его мощность.

В зависимости от конфигурации компьютера выбирается блок питания с необходимой мощностью. При этом следует учитывать запас мощности, который может пригодиться в случае модернизации компьютера, например при подключении дополнительного жесткого диска.

При выборе блока питания необходимо учитывать и тип корпуса, в который блок будет установлен. Как правило, корпусы типа Midi Tower или Middle Tower наиболее популярные среди пользователей, оборудованы блоками питания мощнос­тью 250-350 Вт. Серверы могут снабжаться блоками питания мощностью 450 Вт и выше.

Блок питания преобразует переменное напряжение в постоянное, в результате чего получается напряжение +3,3 В, +5 В и +12 В. Первые два вида напряжения предназначены для питания микросхем и материнской платы, последний — для питания вентиляторов и двигателей устройств хранения данных, например жесткого диска или DVD-привода.

Кроме преобразования напряжения, блок питания управляет подачей напряжения на материнскую плату и другие устройства. Если напряжение будет сильно отличаться от штатных показателей, то это может привести к выходу из строя дорогостоящих устройств. Поэтому, чтобы определить, можно ли подавать имеющееся напряжение на устройства, блок питания сначала проверяет и тестирует выходное напряжение. Если полученные показатели находятся в пределах нормы, то формируется специальный сигнал — Power Good (питание в норме).

Данный сигнал вырабатывается блоком питания постоянно. При возникновении ситуации, которая может повлечь за собой нарушение стабильной работы блока питания (например, сильный перегрев или перегрузка), этот сигнал исчезает и компьютер отключается.

Для формирования сигнала Power Good необходимо выходное напряжение +5 В с допустимым диапазоном от +3 В до +6 В. Получив такое напряжение (обычно через 0,1-0,5 с после включения блока питания), блок питания подает сигнал на микросхему тактового генератора, находящуюся на материнской плате компьютера которая в свою очередь, подает сигнал начальной установки на центральный процессор. Затем центральный процессор начинает выполнять подпрограммы BIOS.

При отсутствии по каким-либо причинам сигнала Power Good микросхема тактового генератора подает на процессор сигнал сброса, что не позволяет процессору начать работу. Отключение происходит очень быстро — это защищает компоненты материнской платы от неправильного питания.

Наряду с сигналом Power Good блок питания также вырабатывает сигнал PS-ON, используя который можно настроить автоматическое выключение компьютера. Для этого нужно, чтобы операционная система поддерживала расширенное управление питанием (Advanced Power Management).

Характеристики блока питания

Блок питания должен обладать определенными характеристиками, на которые следует обратить внимание при выборе, использовании и обслуживании блока питания. От этого напрямую зависит стабильность работы компьютера.

1. Среднее время безотказной работы. Как и любое другое устройство, блок питания имеет срок службы, на протяжении которого он работает стабильно. Этот показатель зависит от многих составляющих. Хороший блок питания при нормальных условиях работы прослужит вам более 10 лет, некачественный — только от трех до семи.

2. Рабочий диапазон переменного напряжения. Чтобы более-менее нормально работать в условиях нестабильного электропитания, блок питания должен быть изначально рассчитан на некачественное переменное напряжение. Стандартом считается показатель 220 В и 50 Гц, однако блоки питания могут работать при напряжении определенного диапазона. Качественные блоки питания поддерживают диапазон 180-260 В, в то время как дешевые модели работают в диапазоне 200-240 В.

3. Пиковый ток включения. Знаете ли вы, что электрическая лампочка чаще всего перегорает именно в тот момент, когда на нее подается ток переменного напряжения? Чтобы обеспечить максимальную защиту блока питания и устройств, которые к нему подключены, производители стараются делать ток включения минимальным. Чем качественнее блок питания, тем легче он переносит такой электрический удар, чего не скажешь о дешевых моделях.

4. Удержание выходного напряжения. Иногда напряжение внезапно отключается, что пагубно влияет на комплектующие компьютера. Как при включении, так и при выключении в сети наблюдается резкий всплеск напряжения. Это часто приводит к выходу из строя бытовых устройств. Чтобы уменьшить вредное влияние пропадания напряжения, блоки питания оснащены системой, позволяющей погасить пропадание электричества, которое приводит к изменению выходного напряжения. Данная система позволяет постепенно снизить напря­жение до минимума в течение 15-25 мс.

5. Время стабилизации уровня выходного напряжения. Время от времени те или иные устройства компьютера начинают и заканчивают свою работу. Соответственно, потребление напряжения от блока питания носит нестабильный характер. Поскольку отключение от питания может произойти в любой момент времени, то блок питания должен обладать системой, способной стабилизировать уровень выходного напряжения. Современные блоки питания позволяют делать это в кратчайшие сроки (в течение нескольких микросекунд). Чем меньше время стабилизации напряжения, тем легче блок питания перенесет скачок энергии.

6. Максимальный ток нагрузки. Это одна из основных характеристик блока питания. От значения данного параметра зависит максимальная мощность блока питания и, как следствие, количество подключаемых к нему устройств.

7. Минимальный ток нагрузки. Минимальный ток, который может дать блок питания на выходе, также является важным показателем. Если к блоку питания подключены устройства с очень низким потреблением электроэнергии, то это может привести к его отключению и даже выходу из строя. Чем меньше данный показатель, тем более защищен блок питания.

8. Стабилизация при нагрузке. От мощности устройства, подключенного к блоку питания, зависит напряжение. Если, например, подключить устройство с большей мощностью, то напряжение, которое выдает блок питания, как правило, понижается. Чтобы сгладить такие колебания, блок питания оборудуется специальной системой стабилизации напряжения. Качественный блок питания позволяет напряжению изменяться в диапазоне от ± 1 % до ±5 %. Чем меньше этот показатель, тем стабильнее работа блока питания и, как следствие, всей системы в целом.

О Стабилизация линейного напряжения. Переменное напряжение характеризуется нестабильным показателем, поэтому в блок питания встроен механизм, обеспечивающий стабильное выходное напряжение независимо от входного напряжения. Хорошие блоки питания стабилизируют выходное напряжение, не позволяя ему изменяться более чем на 1 %.

9. Защита от перенапряжения. Перенапряжение может возникнуть в любой момент, например от внезапного выхода из строя устройства или резкого повышения потребляемого устройством напряжения. Блок питания обладает специальной системой защиты, которая при необходимости отключает конкретный канал с напряжением.

Уровень срабатывания системы защиты настраивается производителем блока питания и может составлять до 10-30%. Это означает, что потребление, например, исходного напряжения +5 В не может повыситься более чем на 10-30%.

10. Эффективность. Любое преобразование, механическое или электрическое, имеет КПД, позволяющий добиться от блока питания максимальной отдачи при минимальных потерях. Естественно, достичь стопроцентной эффективности невозможно. У качественных блоков питания КПД составляет 75-90 %, в то время как у дешевых моделей — в лучшем случае 80 %.

Проявление неисправностей

Блок питания не вечен, и с этим нужно смириться, по возможности приняв соответствующие меры. Срок службы блока питания среднего качества составляет от трех до семи лет. По истечении этого времени следует заменить устройство новым.

Признаки возможно скорого отказа жесткого диска:

1. внезапные перезагрузки или зависания компьютера во время обычной работы;

2. ошибки оперативной памяти, как при начальном тестировании, так и при работе в операционной системе;

3. прекращение работы устройств хранения данных (при пропадании напряжения на выводах блока питания);

4. чрезмерное повышение температуры в блоке питания и корпусе компьютера (из-за выхода из строя вентилятора или вентиляторов, установленных в блоке питания);

5. появление напряжения на корпусе компьютера, что можно ощутить, если приложить руку к корпусу или разъемам на задней стенке;

6. появление странных ошибок в работе операционной системы и программ.

Если компьютер перестал включаться и появился неприятный запах, значит, вы не сумели вовремя предупредить выход блока питания из строя. Следует учесть, что это могло привести и к повреждению других устройств.

Ремонт блока питания

Логически блок питания можно разделить на несколько модулей, каждый из которых выполняет определенную задачу. Имеется и виду потеря мощности электричества, подводимого к блоку питания. Поступая на вход блока питания, переменное напряжение проходит через сетевой фильтр и обрабатывается высоковольтным выпрямителем. Выпрямленное напряжение через высоковольтный фильтр поступает на импульсный трансформатор, который понижает напряжение до нужного уровня. Затем уже пониженное постоянное напряжение поступает на стабилизатор, который контролирует и при необходимости преобразовывает его характеристики. В итоге получается несколько видов напряжения с необходимыми характеристиками.

Рассмотрим подробнее каждый из компонентов блока питания.

1. Сетевой фильтр. Сетевой фильтр предназначен для первичной обработки поступающего на вход блока питания переменного напряжения. В качестве фильтра, как правило, используются катушки индуктивности и конденсаторы небольшой емкости. С помощью простейшей схемы фильтрации данный компонент блока питания защищает входные цепи устройства от пульсации и помех, которые создаются подключенными к электрической сети приборами, потребляющими большое количество энергии и не оборудованными специальными фильтрами.

2. Высоковольтный выпрямитель. Практически в любой бытовой технике в качестве высоковольтного выпрямителя выступает сборка из четырех высоковольтных диодов, включенных по специальной схеме. Они могут находиться в специальном пластмассовом корпусе или располагаться рядом друг с другом на печатной плате блока питания. Проходя через выпрямитель, переменное напряжение преобразовывается в постоянное.

3. Высоковольтный фильтр. В качестве высоковольтного фильтра традиционно используются несколько электролитических конденсаторов большой емкости (200-1000 мкФ), подключенных параллельно друг другу.

4. Импульсный трансформатор. Импульсный трансформатор служит для преобразования постоянного импульсного напряжения, выпрямленного и отфильтрованного предыдущими каскадами блока питания. Перед тем как попасть на трансформатор, напряжение поступает на специальный высоковольтный ключ, находящийся под управлением специальной схемы с частотой несколько десятков килогерц. Импульсный трансформатор принимает напряжение и понижает его до уровня ±5 В и ±12 В.

5. Стабилизатор. Стабилизатор, построенный с применением интегральных схем, можно считать самым главным модулем блока питания. Он состоит из нескольких каналов, каждый из которых рассчитан на обработку и контролирование конкретного напряжения. Параллельно с каналами действует еще одна схема управления, отвечающая за формирование сигнала Power Good.

Возможные неисправности

Перед тем как производить ремонт блока питания необходимо выяснить причину неисправности. Рассмотрим несколько основных причин выхода из строя блока питания.

Предохранитель

Если выход из строя блока питания сопровождался определенными звуками и запахом, то ремонт следует начать с внимательного осмотра печатной платы и ее компонентов и замены подозрительных деталей. Только после этого можно подключить напряжение и продолжить исследование.

Кроме того, помните: блок питания не должен работать без нагрузки. Поэтому подключите к нему резистор сопротивлением 2-5 Ом и мощностью 25 Вт, соединив его одним выводом с напряжением +5 В, а другим — с корпусом.

Большая часть блоков питания, как и многие бытовые устройства, снабжена плавким или керамическим предохранителем, основное предназначение которого — срабатывание и перегорание при повышенном потреблении тока или резком скачке напряжения. В данном случае тонкая проволока (или керамический корпус) внутри предохранителя перегорает, и напряжение перестает поступать на другие компоненты блока питания, тем самым предохраняя их от поломки.

После замены предохраните на аналогичный и подачи напряжения на блок питания возможны следующие варианты:

1. Блок питания начинает работать, предохранитель не перегорает, компьютер включается и загружается. В этом случае вероятной причиной неисправности блока питания можно считать случайный скачок напряжения или кратковременную перегрузку блока питания.

2. Блок питания не начинает работать, предохранитель (или проволока) перегорает. Наиболее вероятная причина — короткое замыкание в первичных цепях блока питания, например на высоковольтном выпрямителе или фильтре.

3. Блок питания не начинает работать, предохранитель не перегорает. Это самый сложный случай: неисправна вторичная система блока питания, например стабилизатор.

Высоковольтный выпрямитель

В качестве высоковольтного выпрямителя используется набор диодов, стоящих рядом или заключенных в пластмассовую сборку. При выходе из строя блока питания нужно проверять каждый, поскольку неисправность одного из них автоматически приводит к перегоранию предохранителя.

Если, осмотрев выпрямитель, вы заметите явные признаки возгорания, например почерневший участок платы или треснутый диод, — значит, неисправность блока питания возникла в результате выхода из строя высоковольтного выпрямителя.

При отсутствии явных признаков возгорания используйте мультиметр для прозвонки каждого диода. Сначала можно прозвонить целую сборку. Для этого один контакт мультиметра приложите к печатному проводнику перед сборкой, а другой — к печатному проводнику после сборки. Если замыкание отсутствует, значит, один или несколько диодов имеют пробой.

Иногда в паре с высоковольтными диодами дополнительно работают высоковольтные транзисторы, которые устанавливаются на радиаторах. В процессе работы транзисторы сильно нагреваются, что приводит к выходу их из строя. Это случается при использовании неэффективных радиаторов или при нарушении температурного режима в блоке питания.

В большинстве случаев для проверки транзистор необязательно отпаивать. Обычный транзистор имеет три ножки: базу, коллектор и эмиттер. Транзисторы нужно тестировать и на замыкание, и на внутренний обрыв, поэтому необходимо точно знать, где какая ножка находится.

Рабочий транзистор должен прозваниваться от базы к эмиттеру и коллектору а между эмиттером и коллектором - нет. У транзистора примерно такое же сопротивление переходов, как у диода, то есть в одну сторону сопротивление должно составлять 100-300 Ом, а в обратную - больше 1 МОм.

Высоковольтный фильтр

Если тестирование высоковольтного выпрямителя не дало результатов, следует проверить высоковольтный фильтр. В качестве высоковольтного фильтра выступает набор из нескольких электролитических конденсаторов большой емкости, которые и являются причиной выхода из строя блока питания, особенно если их количество слишком мало.

Электролитические конденсаторы рассчитаны на конкретное напряжение и имеют определенную емкость. Емкость конденсатора обеспечивается его специальной конструкцией и применением электролита. Таким образом, конденсатор может выйти из строя, если на него подается слишком высокое напряжение. Конденсатор теряет емкость в случае высыхания или вытекания электролита.

Конденсатор теряет емкость чаще всего в условиях повышенной температуры, когда компоненты блока питания не достаточно охлаждаются.

Все конденсаторы следует прозвонить, для этого их нужно выпаять из платы. У исправного конденсатора сопротивление находится примерно на одном уровне и не уменьшается. Если же сопротивление конденсатора постепенно уменьшается, то он неисправен и его необходимо заменить.

Стабилизатор

Стабилизатор служит для стабилизации напряжения, поступающего от импульсного трансформатора. Это устройство построено с применением интегральных микросхем, что намного усложняет его проверку и замену.

Поскольку стабилизатор основан на схеме, работающей по принципу широтно-импульсного (ШИМ) генератора, то в идеале для диагностики микросхемы требуется осциллограф.

Регулировка напряжения

Как правило, блоки питания оборудованы несколькими подстроечными резисторами, с помощью которых можно регулировать определенные показатели, в частности:

1. амплитуду выходых напряжений блока питания;

2. уровень срабатывания защиты;

3. уровень напряжений стабилизатора.

Подстроечные резисторы настраиваются производителем одновременно с характеристиками блока питания.

Со временем выработка компонентов блока питания влечет изменение характеристик устройства, что может негативно сказаться на стабильности выдаваемого напряжения. Чтобы вернуть напряжение к норме, можно воспользоваться описываемыми резисторами.

Прежде всего измерьте все типы выходного напряжения блока питания, чтобы определить, какой из них нужно подрегулировать. Затем сделайте метки напротив каждого подстроечного резистора, зафиксировав текущие настройки. После этого вооружитесь мультиметром и, подкручивая резисторы, наблюдайте за изменением напряжения. Таким образом можно откорректировать любое напряжение.

Если в процессе настройки напряжение не изменяется, то следует вернуть подстроечные резисторы в начальное положение, ориентируясь на сделанные ранее метки.

Профилактика блока питания

Чтобы блок питания прослужил долго (и работал стабильно), следует соблюдать всего два правила.

1. Нормальные условия питания.

2. Нормальный температурный режим.

3. Очистка блока питания от пыли, проводящей электричество.