Меню

Работа блок питания от сети постоянного тока

Схемотехника блоков питания персональных компьютеров. Часть 1.

Принцип работы импульсного блока питания

Блок питания компьютера

Один из самых важных блоков персонального компьютера — это, конечно, импульсный блок питания. Для более удобного изучения работы блока есть смысл рассматривать каждый его узел по отдельности, особенно, если учесть, что все узлы импульсных блоков питания различных фирм практически одинаковые и выполняют одни и те же функции. Все блоки питания рассчитаны на подключение к однофазной сети переменного тока 110/230 вольт и частотой 50 – 60 герц. Импортные блоки на частоту 60 герц прекрасно работают и в отечественных сетях.

Основной принцип работы импульсных блоков питания заключается в выпрямлении сетевого напряжения с последующим преобразованием его в переменное высокочастотное напряжение прямоугольной формы, которое понижается трансформатором до нужных значений, выпрямляется и фильтруется.

Таким образом, основную часть схемы любого компьютерного блока питания, можно разделить на несколько узлов, которые производят определённые электрические преобразования. Перечислим эти узлы:

Сетевой выпрямитель. Выпрямляет переменное напряжение электросети (110/230 вольт).

Высокочастотный преобразователь (Инвертор). Преобразует постоянное напряжение, полученное от выпрямителя в высокочастотное напряжение прямоугольной формы. К высокочастотному преобразователю отнесём и силовой понижающий импульсный трансформатор. Он понижает высокочастотное переменное напряжение от преобразователя до напряжений, требуемых для питания электронных узлов компьютера.

Узел управления. Является «мозгом» блока питания. Отвечает за генерацию импульсов управления мощным инвертором, а также контролирует правильную работу блока питания (стабилизация выходных напряжений, защита от короткого замыкания на выходе и пр.).

Промежуточный каскад усиления. Служит для усиления сигналов от микросхемы ШИМ-контроллера и подачи их на мощные ключевые транзисторы инвертора (высокочастотного преобразователя).

Выходные выпрямители. С помощью выпрямителя происходит выпрямление — преобразование переменного низковольного напряжения в постоянное. Здесь же происходит стабилизация и фильтрация выпрямленного напряжения.

Это основные части блока питания компьютера. Их можно найти в любом импульсном блоке питания, начиная от простейшего зарядника для сотового телефона и заканчивая мощными сварочными инверторами. Отличия заключаются лишь в элементной базе и схемотехнической реализации устройства.

Довольно упрощённо структуру и взаимосвязь электронных узлов компьютерного блока питания (формат AT) можно изобразить следующим образом.

Упрощённая структура импульсного блока питания персонального компьютера

О всех этих частях схемы будет рассказано в дальнейшем.

Рассмотрим принципиальную схему импульсного блока питания по отдельным узлам. Начнём с сетевого выпрямителя и фильтра.

Сетевой фильтр и выпрямитель.

Отсюда, собственно, и начинается блок питания. С сетевого шнура и вилки. Вилка используется, естественно, по «евростандарту» с третьим заземляющим контактом.

Схема сетевого фильтра и выпрямителя БП ПК

Следует обратить внимание, что многие недобросовестные производители в целях экономии не ставят конденсатор С2 и варистор R3, а иногда и дроссель фильтра L1. То есть посадочные места есть, и печатные дорожки тоже, а деталей нет. Ну, вот прям как здесь.

Плата с неустановленными элементами фильтра

Как говорится: «No comment «.

Во время ремонта желательно довести фильтр до нужной кондиции. Резисторы R1, R4, R5 выполняют функцию разрядников для конденсаторов фильтра после того как блок отключен от сети. Термистор R2 ограничивает амплитуду тока заряда конденсаторов С4 и С5, а варистор R3 защищает блок питания от бросков сетевого напряжения.

Стоит особо рассказать о выключателе S1 («230/115»). При замыкании данного выключателя, блок питания способен работать от сети с напряжением 110. 127 вольт. В результате выпрямитель работает по схеме с удвоением напряжения и на его выходе напряжение вдвое больше сетевого.

Если необходимо, чтобы блок питания работал от сети 220. 230 вольт, то выключатель S1 размыкают. В таком случае выпрямитель работает по классической схеме диодный мост. При такой схеме включения удвоения напряжения не происходит, да это и не нужно, так как блок работает от сети 220 вольт.

В некоторых блоках питания выключатель S1 отсутствует. В других же его располагают на тыльной стенке корпуса и помечают предупреждающей надписью. Нетрудно догадаться, что если замкнуть S1 и включить блок питания в сеть 220 вольт, то это кончится плачевно. За счёт удвоения напряжения на выходе оно достигнет величины около 500 вольт, что приведёт к выходу из строя элементов схемы инвертора.

Поэтому стоит внимательнее относиться к выключателю S1. Если предполагается использование блока питания только совместно с сетью 220 вольт, то его можно вообще выпаять из схемы.

Вообще все компьютеры поступают в нашу торговую сеть уже адаптированными на родные 220 вольт. Выключатель S1 либо отсутствует, либо переключен на работу в сети 220 вольт. Но если есть возможность и желание то лучше проверить. Выходное напряжение, подаваемое на следующий каскад составляет порядка 300 вольт.

Можно повысить надёжность блока питания небольшой модернизацией. Достаточно подключить варисторы параллельно резисторам R4 и R5. Варисторы стоит подобрать на классификационное напряжение 180. 220 вольт. Такое решение сможет уберечь блок питания при случайном замыкании выключателя S1 и включении блока в сеть 220 вольт. Дополнительные варисторы ограничат напряжение, а плакий предохранитель FU1 перегорит. При этом после несложного ремонта блок питания можно вернуть в строй.

Конденсаторы С1, С3 и двухобмоточный дроссель на ферритовом сердечнике L1 образуют фильтр способный защитить компьютер от помех, которые могут проникнуть по сети и одновременно этот фильтр защищает сеть от помех, создаваемых компьютером.

Возможные неисправности сетевого выпрямителя и фильтра.

Характерные неисправности выпрямителя, это выход из строя одного из диодов «моста» (редко), хотя бывают случаи, когда выгорает весь диодный мост, или утечка электролитических конденсаторов (гораздо чаще). Внешне это характеризуется вздутием корпуса и утечкой электролита. Подтёки очень хорошо заметны. При пробое хотя бы одного из диодов выпрямительного моста, как правило, перегорает плавкий предохранитель FU1.

При ремонте цепей сетевого выпрямителя и фильтра имейте в виду то, что эти цепи находятся под высоким напряжением, опасным для жизни ! Соблюдайте технику электробезопасности и не забывайте принудительно разряжать высоковольные электролитические конденсаторы фильтра перед проведением работ!

Источник

Как работает блок питания компьютера

Как работает блок питания компьютера

Аватар пользователя

Содержание

Содержание

Большинство рассказов про блоки питания начинается с подчеркивания их важнейшей и чуть ли не главенствующей роли в составе компьютера. Это не так. БП — просто один из компонентов системы, без которого она не будет работать. Он обеспечивает преобразование переменного напряжения из сети в необходимые для работы ПК стабилизированные напряжения. Все блоки можно разделить на импульсные и линейные. Современные компьютерные блоки выполнены по импульсной схеме.

Линейные блоки питания

Сетевое напряжение поступает на первичную обмотку трансформатора, а со вторичной мы снимаем уже пониженное до нужных пределов переменное напряжение. Далее оно выпрямляется, следом стоит фильтр (в данном случае нарисован обычный электролитический конденсатор) и схема стабилизации. Схема стабилизации необходима, так как напряжение на вторичной обмотке напрямую зависит от входного напряжения, а оно только по ГОСТу может меняться в пределах ±10 %, а в реальности — и больше.

Схема линейного источника питания

Основные достоинства линейных блоков питания — простая конструкция и низкий уровень помех (поэтому аудиофилы часто используют их в усилителях). Недостаток таких БП — габариты и невысокий КПД. Собрать БП мощностью 400 и более Вт по такой схеме возможно, но он будет иметь устрашающие размеры, вес и стоимость (медь нынче дорогая).

Импульсные блоки питания

Далее в тексте сократим название «импульсный источник питания» до ИИП. Такие блоки питания более сложны, но гораздо более компактны. Для примера на фото ниже показана пара трансформаторов.

Слева — отечественный сетевой с номинальной мощностью 17 Вт, справа — выпаянный из компьютерного БП мощностью 450 Вт. Кстати, отечественный еще и весит раз в 5 больше.

В ИИП сетевое напряжение сначала выпрямляется и сглаживается фильтром, а потом опять преобразуется в переменное, но уже гораздо более высокой частоты (несколько десятков килогерц). А затем оно понижается трансформатором.

Схема компьютерного импульсного источника питания

Так выглядит плата вживую:

Фильтр

Фильтр в блоке питания двунаправленный: он поглощает разного рода помехи: как созданные самим БП, так и приходящие из сети. В самых бюджетных БП предприимчивые китайцы вместо дросселей распаивали перемычки (или, как их называют ремонтники, «пофигисторы»), а конденсаторы не ставили вообще. Чем это плохо: помехи будут влиять на другую аппаратуру, подключенную к данной сети, а напряжение на выходе получится с «мусором». Сейчас таких блоков уже немного. Встречается также экономия на размерах: фильтр как бы есть, но работать он будет кое-как.

Читайте также:  Расчеты токов короткого замыкания производятся с целью

Фильтр работает эффективнее, когда он находится как можно ближе к источнику помех. Поэтому часть фильтра зачастую располагают прямо на сетевой розетке.

На картинке изображен фильтр в минимальной комплектации. F1 — предохранитель, VDR1 — варистор, N1 — термистор, Х2 — Х-конденсатор, Y1 — Y-конденсаторы, L1 — синфазный дроссель. Резистор R1 служит для разряда конденсатора Х2.

Схема входного вильтра для подавления помех

Еще одна опасная для жизни пользователей экономия — когда вместо специальных Х- и Y-конденсаторов ставят обычные. Впрочем, встречается она редко. Автор видел такое всего один раз и очень давно. Экономия очень незначительна, а риск для пользователей очень велик, так как, например, Y-конденсаторы подключаются одной «ногой» на фазу, а другой — на корпус. В случае пробоя конденсатора можно получить опасное для жизни напряжение на корпусе.

Корректор коэффициента мощности

Не будем вдаваться в подробности, поскольку статьи на эту тему уже были: раз и два. Скажем только, что корректор коэффициента мощности должен быть во всех компьютерных БП, желательно активного типа (A-PFC).

Плюсы корректора:
1) Снижается нагрузка на сеть.
2) Повышенный диапазон входного напряжения (чаще всего, но не всегда).
3) Улучшение работы инвертора.

Минусы:
1) Увеличивается сложность конструкции, соответственно, снижается надежность.
2) Возможны проблемы при работе с UPS.

Преобразователь

Обычно используется мостовая или полумостовая схема. Чаще всего встречается полумост. На картинке ниже он изображен в упрощенном виде.

Как видно по схеме, транзисторы открываются поочередно с небольшой задержкой, чтобы не случилось ситуации, когда оба окажутся открыты. В таком случае получаем на первичной обмотке переменный ток высокой частоты, а на вторичной — уже пониженный до нужной величины.

В топовых блоках применяются резонансные преобразователи (LLC), которые имеют более высокий КПД, но они технически сложнее.

Выпрямление и стабилизация выходных напряжений

На выходе БП имеется четыре напряжения:
1) 12 В — отвечает за питание процессора, видеокарты, HDD, вентиляторов.
2) 5 В — питание логики материнской платы, накопителей, USB.
3) 3,3 В — питание оперативной памяти.
4) -12 В — считается атавизмом и не используется в современных компьютерах.

По способу выпрямления и стабилизации блоки можно поделить на четыре группы:

1) Выпрямление с помощью диодов Шоттки (полупроводниковый прибор, у которого при прямом включении падение напряжения будет в три-четыре раза меньше, чем у обычных кремниевых), групповая стабилизация.

Схема установки диодной сборки в ИИП

Внешне их можно определить по двум крупным дросселям. На одном — три обмотки (12 В, 5 В и тонкий провод -12 В).

Дроссель групповой стабилизации

Второй имеет меньший размер. Это отдельная стабилизация канала 3,3 В. Сейчас такие БП часто встречаются в основном в бюджетном сегменте. Например:

Вот, например, фото такого блока. Очень бюджетно:

2) Выпрямление с помощью диодов Шоттки, раздельная стабилизация на магнитных усилителях. Внешне их можно отличить по наличию в выходных цепях трех крупных дросселей. Данная схема в современных БП не используется: ее вытеснили более производительные решения. Пик такой схемотехники — начало 2000-х годов.

3) Выпрямление канала 12 В с помощью диодов Шоттки. Напряжения 5 В и 3,3 В получают из 12 В с помощью преобразователей DC-DC. Развитие электроники позволило производить недорогие и эффективные преобразователи такого рода. БП будет ненамного эффективнее обычных с групповой стабилизацией (так как нагрузка на низковольтные каналы небольшая), но стабильность напряжений выше.

4) Канал 12 В — синхронный выпрямитель на MOSFET (полевой транзистор с изолированным затвором), остальные напряжения получают при помощи преобразователей DC-DC.

Часто транзисторы расположены на обратной стороне платы, а радиаторы выведены вверх. В данном случае видим четыре PSMN8R3-40YS

Это наиболее эффективная и точная, но и более сложная схемотехника. В соответствии с ней делают все топовые блоки питания. Отклонения выходных напряжений у таких блоков укладываются в один-два процента при допустимых 5 %.

Дежурный источник питания

Представляет из себя маломощный ИИП с напряжением на выходе 5 В. Он работает все время, пока БП подключен к сети. Обеспечивает питание микросхем внутри блока и питание логики на материнской плате, а также подает питание на порты USB при выключенном компьютере.

Дежурка на TNY177. Ниже трансформатора виден выпрямитель на диоде (D22).

Супервизор

Микросхема обеспечивает функционирование основных защит в блоке (превышения выходных напряжений, превышение выходного тока и прочее), управляет включением и выключением блока по сигналам с материнской платы.

Супервизор Sitronix ST9S313A. Видны зеленый (PC_ON) и серый (Power Good) провода.

Теперь вы представляете, как обстоит дело со схемотехникой в наши дни. А что нас ждет в будущем? В мае 2020 года компания Интел выпустила новый ATX12VO (12 V Only) Desktop Power Supply Disign Guide в котором описывает совершенно новые БП: у блока осталось только одно напряжение — 12 В. Нужные напряжения будет преобразовывать материнская плата. Дежурный источник питания с напряжения 5 В перейдет на 12 В. При этом размеры блоков АТХ остаются такими же. Это сделано для того, чтобы сохранить совместимость со старыми корпусами. Правда, пока производители не торопятся переходить на этот формфактор.

Источник

Как работает блок питания постоянного тока часть2

блок питания постоянного тока kak-rabotaet-blok-pitaniya-postoyannogo-toka

блок питания постоянного тока 2

Как работают источники питания постоянного тока

Источники питания постоянного тока направляют питание переменного тока через несколько разных механизмов. Эти механизмы, включая трансформатор, выпрямитель и фильтр, меняют ток питания, чтобы он мог использоваться компьютером. В персональных компьютерах это небольшая коробка, содержащаяся в корпусе компьютера, наряду с другими частями, такими как вентилятор и центральный процессор (CPU), поэтому большинство людей редко видят устройство. Тем не менее, важно, чтобы компьютер функционировал должным образом.

Трансформатор

Некоторые источники питания постоянного тока имеют трансформатор. Основной целью трансформатора в источнике питания является изменение напряжения, так как большинство компьютеров требуют меньшего напряжения, чем то, что приходит через сетевую розетку. Трансформаторы состоят из двух катушек, каждый из которых соединен со своими цепями.

Через магнитные поля ток передается от одной катушки к другой. В понижающем трансформаторе, как и в блоке питания постоянного тока, первая катушка будет иметь больше оборотов, чем вторая.

Выпрямитель

Выпрямитель — это то, что фактически преобразует AC в DC, используя диоды. Как отмечалось выше, диоды позволяют электричеству течь в одном направлении. Поэтому полноволновый выпрямитель использует два набора диодов. Один набор позволяет AC протекать току, когда он идет в одном направлении, а другой позволяет ему протекать, когда он идет в другом направлении. Этот процесс преобразует его в импульсный постоянный ток.

Фильтр

Компьютеры нуждаются в постоянном потоке тока. Выпрямитель может изменять переменный ток на постоянный ток, но он создает импульсный ток. Поэтому для подачи постоянного тока необходим фильтр для сглаживания тока. По сути, он отфильтровывает определенные частоты, делая импульс меньше. Он похож на яблочный сердечник, который позволяет сердцевине проникать через центральное отверстие. Фильтр пропускает только желаемые частоты.

Как купить блок питания постоянного тока через строительный магазин

Источник питания постоянного тока является техническим оборудованием, хотя и не слишком сложным. При его покупке вы должны знать, какой тип вам нужен для вашего компьютера, поскольку они могут варьироваться в зависимости от того, какое напряжение они выставляют. Поэтому при поиске через панель инструментов на любой странице строительного магазина вы должны использовать очень конкретные ключевые слова.

Отфильтруйте категории, чтобы вам быстрее найти то, что вам нужно. Например, выбор категории «Компьютер» и конкретного бренда значительно сужает варианты поиска. Электрический ток может быть опасным, поэтому вы также должны быть уверены в приобретении необходимого вам безопасного оборудования.

Источник

Блок питания

Что такое блок питания

Блок питания – это какой-либо узел радиоэлектронного устройства, который обеспечивает необходимым питанием какое-либо устройство. Все вы знаете, что для работы радиоэлектронных устройств нужно питание, которые они получают извне. То есть все радиоэлектронные устройства так или иначе потребляют электрический ток. Каждому радиоэлектронному устройству требуется конкретное напряжение и мощность, поэтому, блоки питания “заточены” именно под конкретное устройство. Именно поэтому встречается огромное множество различных блоков питания и для каждого устройства оно свое.

Читайте также:  Кривая тока заряда конденсатора

Характеристики блока питания

Итак, каждый отдельный блок питания обладает своими характеристиками и параметрами. Ниже перечислим их основные параметры.

Тип выходного напряжения

В основном радиоэлектронные устройства питаются переменным и постоянным током. Поэтому, блоки питания могут выдавать переменное или постоянное напряжение. В большинстве случаев используется именно постоянное напряжение.

К блокам питания с постоянным выходным напряжением можно отнести компьютерные блоки питания

Блок питания

а также различные зарядные устройства для ваших гаджетов.

блок питания постоянного тока

К блокам питания с переменным напряжением можно отнести трансформаторы

однофазный трансформатор

А также инверторы. Инверторы – это устройства, которые из постоянного напряжения делают переменное напряжение.

Выходное напряжение

Блок питания выдает какое-либо определенное напряжение, которое требуется для какого-либо конкретного устройства. Поэтому, самый главный параметр – это напряжение в Вольтах, которое выдает блок питания.

Например, для зарядки наших смартфонов требуется блок питания с постоянным напряжение в 5 Вольт, а для того, чтобы горела автомобильная лампочка, нам потребуется блок питания с напряжением в 12 Вольт.

Выходная мощность

Каждый блок питания наряду с выходным напряжением также должен уметь выдавать в нагрузку и требуемую силу тока. Хочу напомнить, что мощность постоянного тока рассчитывается по формуле P=IU, где P – это мощность, I – сила тока, U – напряжение. Следовательно, мощный блок питания должен уметь выдавать и большую силу тока, если от этого потребует нагрузка. Рассчитать максимальную силу тока, которую способен выдавать такой блок в нагрузку, вы можете по формуле I=P/U. Но чаще всего силу тока пишут также на самой этикетке блока питания.

Те, кто занимается компьютерами, знают, что на самом компьютерном блоке питания на этикетке написана мощность, которую может выдать блок питания. Поэтому, геймеры берут очень мощный блок питания, так как железо мощного компьютера потребляет очень много электрической энергии.

Трансформаторный блок питания

Трансформаторный блок питания уже почти не используется в современной электронике, так как состоит из громоздкого трансформатора, что делает такой блок питания тяжелым и крупногабаритным. Схема трансформаторного блока питания до боли простая.

трансформаторный блок питания

На такой схеме в давние времена собирались почти все блоки питания во всем мире. Такая схема отличалась своей надежностью и неприхотливостью. Здесь мы видим трансформатор, диодный мост и конденсатор. Как работает эта схема, я писал еще в этой статье.

На базе этой схемы можно собрать себе самый простой блок питания с регулировкой от 1,2 Вольта и до 37 Вольт и с выходной силой тока до 1,5 Ампер. Его я описывал еще в этой статье.

блок питания схема

схема самого простого блока питания

У меня он до сих пор лежит на рабочем столе и служит верой и правдой

трансформаторный блок питания

Также этот же самый принцип я применил при сборке самого простого зарядного устройства для автомобиля. Подробнее можете ознакомиться по этой ссылке.

схема зарядного устройства для автомобиля

самая простая схема зарядного устройства для авто

Импульсный блок питания

Импульсный блок питания строится намного сложнее, но зато обладает также своими плюсами. Это меньшие массо-габаритные свойства, по сравнению с трансформаторным блоком питания. Но здесь также есть и свои минусы. Это большее количество радиоэлементов, по сравнению с трансформаторным блоком питания, а также могут быть шумы на выходе. Поэтому, качественные акустические системы и усилители питаются на трансформаторном блоке питания. Да, там есть некоторые пульсации, но их намного проще отфильтровать, чем высокочастотные шумы импульсного блока питания.

Хотя в импульсном блоке питания и имеются трансформаторы, но они здесь рассчитаны на высокую частоту, что делает их небольшими и недорогими.

импульсный блок питания

Лабораторный блок питания

Лабораторный блок питания – это такое устройство, которые может выдавать значение напряжение в каком-либо диапазоне, который установит пользователь.

Мой лабораторник выглядит вот так.

лабораторный блок питания

Итак подробнее, обратите внимание на обозначение в правом верхнем углу. Там написано PS-1502DD. Как же расшифровать данную запись?

Описание лабораторного блока питания

PS – Power supply – что с английского означает “блок питания”.

1502 – характеристики данного блока. Первые две цифры показывают максимальное напряжение которое может выдать этот блок, в нашем случае 15 вольт, а последние две цифры, это максимальная сила тока, которую может выдать в нагрузку этот блок, то есть 2 ампера. Под нагрузкой понимается либо лампочка, либо резистор, либо любое другое устройство, потребляющее электрическую энергию.

DD – цифровая индикация как для тока, так и для напряжения (ну те, два окошечка на блоке, на котором он показывает значения напряжения и тока).

Включение блока производится кнопкой “POWER”. Справа окошко индикации напряжения. Там я выставил 8,5 вольт, а слева окошко индикации силы тока.

лабораторный блок питания

Крутилки слева направо:

  • токовая крутилка, задает пиковый ток. Если нагрузка будет “жрать” ток больше чем задано с помощью крутилки, то блок питания уйдет “в защиту”, то есть он просто-напросто перестанет выдавать вам напряжение и ток, пока вы его не перезагрузите.
  • выбор напряжения, либо она задает напряжение сразу, либо напряжение можно менять от 0-15 Вольт.
  • “нежное” изменение напряжения (работает только тогда, когда мы выбрали диапазон предыдущей крутилки от 0-15 Вольт)
  • “грубое” изменения напряжения (работает только тогда, когда мы выбрали диапазон предыдущей крутилки от 0-15 Вольт)

Как применять в работе

Продемонстрируем работу блока питания на вентиляторе от компьютера. Вентилятор – это разновидность нагрузки, наряду с лампочками и резисторами. Как мы видим, на нем написано DC 12V 0,18А. Это значит, что для питания вентилятора нам требуется 12 Вольт. Пишут, что ток потребления этого вентилятора 0,18А или говоря русским языком, 180 миллиампер. Так ли это? А давайте проверим!

вентилятор от компьютера

Выставляем 12 Вольт и цепляемся к вентилятору. Красный – плюс, черный – минус.

нагрузка на лабораторный блок питания

И он у нас начинает вращаться. Смотрим на показания. Ну да! Все сходится! Вентилятор у нас потребляет ровнехонько 180 миллиампер!

Блок питания

Хотелось бы отметить, что некоторые электронщики сами делают блоки питания для собственных нужд. Например, вот схемка простого блока питания, собранного лично мной.

Где купить лабораторный блок питания

Также вы всегда можете приобрести сразу готовый на Алиэкпрессе 30 Вольт 5 Ампер, что вполне хватит начинающему и среднему электронщику. Очень приятные отзывы вот у такого.

купить лабораторный блок питания

Также я находил очень неплохой по этой ссылке:

Выдает также 30 Вольт 5 Ампер.

В наших магазинах я встречал такие блоки с ценником только более 5000 руб.

Источник



Так нужен ли компьютеру переменный ток?

на страницах сайта

www.electrosad.ru

Где-то в макулатуре наткнулся на заметку ставящую вопрос «Нужен ли компьютеру переменный ток? Не ручаюсь за точность названия, но смысл его точно такой. Автор поставив конкретный вопрос, но мудрствуя, просто перечислил ряд напряжения и цвета проводов соединителей. Вопрос остался без ответа.
Когда-то, в одной из статей я коротко описал, о проблемах питания компьютера по сети переменного тока. Там же была описана возможность питания ПК от сети постоянного тока.
Попробую здесь кратко описать схему блока питания и вытекающие из нее возможности.

Немного истории

На заре энергетики, велись споры: каким током пользоваться в электротехнической практике, постоянным или переменным?

Знаменитые изобретатели находили (например Н. Тесла и Т. Эдисон), для обоснования своего мнения, положительные стороны в применении одного и другого.

Как во всякой борьбе использовались все методы, вплоть до фальсификаций. Но в конечном итоге победил переменный ток.

И причины не только в том, что двигатели переменного тока проще, надежнее и имеют более высокий КПД.

Главную роль сыграло то, что все более возрастающие мощности электрической энергии необходимо передавать от источника энергии (электростанции) на все большие расстояния к конечному потребителю. А на переменном токе эта проблема решалась достаточно просто. Подачей в линии электропередачи напряжения переменного тока высокого напряжения. Это напряжение с помощью трансформатора может повышаться на стороне источника энергии, высокое напряжение передается по линиям электропередачи с меньшими токами чем это бы пришлось делать на низком напряжении, а значит и с меньшими потерями. А на стороне потребителя таким же трансформатором напряжение понижалось до необходимой потребителю величины.

Читайте также:  Пример расчета цепи переменного тока со смешанным соединением

С тех пор мы используем в быту именно переменный ток. И он долго служил нам верой и правдой, поскольку большинство нагрузок было активными или индуктивными.

Но прошло время,

громоздких и дорогих трансформаторов в бытовой технике. Теперь бытовые устройства питаются от небольших, легких и дешевых электронных блоков питания. А в них (компьютерах, телевизорах, радиоприемниках, плеерах разного назначения, да и просто зарядниках) питание внутренних узлов или нагрузок осуществляется постоянным током напряжением вписывающимся в следующий стандартный ряд: 1,5; 3; 6; 12; 24, 36, 48 (и далее) вольт. Их применение позволило (за счет замены трансформаторной стали на меньший по объему и более легкий феррит) существенно снизить вес блоков питания и расход таких ценных материалов как трансформаторная сталь и МЕДЬ. Последняя широко применяется для изготовления обмоточного провода трансформаторов, для снижения потерь в них.

Массовое применение электронных блоков питания привело к появлению множества новых специфических проблем, в сетях переменного тока. Эти проблемы подробно описаны в статье «Компьютер в нагрузку» опубликованной в журнале «Компьютерра» №47 от 06 декабря 2002 года.

Входные цепи стандартного блока питания подобны схеме приведенной на рис. 1.

(Производители часто изменяют ее, но изменения делаются скорее для снижения цены за счет удаления «ненужных» элементов, чем из необходимости улучшить ее работу)

Суть схемы изображенной на рис.1 состоит в том, что переменное напряжение 220 Вольт преобразуют в постоянное напряжением около 310 Вольт. А уже из него с помощь инверторов получают переменное напряжение высокой частоты (от 60 КГц и выше), из которого с помощью ферритового трансформатора получают необходимый набор напряжений, который далее с помощью диодных выпрямителей преобразуется в постоянный ток необходимый для питания электронных узлов.

Особенности работы электронного блока питания

Как уже говорилось выше, переменное напряжение 220 вольт с помощью полупроводникового моста — выпрямителя преобразуется в постоянный ток, который заряжает конденсатор (или конденсаторы) запасающие энергию необходимую для работы инвертора в паузах (когда его подпитки от сети не происходит). Этот конденсатор является емкостной нагрузкой и создает специфическую реакцию сети.

На рис.2 показан характер установившегося изменения напряжение на накопительном конденсаторе электронного блока питания с однофазной двухполупериодной схемой выпрямления.

Здесь: T — период следования сетевого напряжения, t зар — время зарядки накопительного конденсатора, t р — время когда потребители расходуют запасенную накопительным конденсатором энергию до последующей его зарядке через время равное — T/2 (для двухполупериодной схемы выпрямителя).

Промежуточная зарядка накопительного конденсатора (рис.2 между двумя полупериодами) производится другой (на рис не показана) полуволной переменного напряжения двухполупериодного выпрямителя.

Для зарядки накопительного конденсатора требуется (при одной и той же потребляемой мощности) тем больший ток, чем больше соотношение T/t з. Он обычно многократно превышает средний потребляемый ток.

Посмотрим как это выглядит при работе нескольких компьютеров включенных в общую сеть.

Здесь: синим цветом показаны импульсы тока, заряжающие накопительный конденсатор, а красным характер изменения напряжения в сети. Проседание напряжения в момент зарядки обусловлено сопротивлением цепей разводки сетевого напряжения, поскольку она (сеть) имеет сопротивление.

Обычно сети рассчитывается исходя из средней мощности потребляемых нагрузками и не учитывает многократно большие импульсные токи.

Стандартная схема питания десятка компьютеров при средней потребляемой мощности порядка 250 Вт на компьютер, может иметь суммарные импульсные токи в цепи подачи питания превышающие 50 — 70 А.

Как говорилось выше, это приводит к появлению множества спецефических проблем, в сетях переменного тока, которые описаны в статье «Компьютер в нагрузку».

Эти явные недостатки присущи не только офисам, но домашним сетям питания электроники.

Применение постоянного тока для питания компьютеров и
бытовой электроники это решение проблемы перегрузки сетей
и влияния нагрузки емкостного характера

Поэтому на вопрос: Так нужен ли компьютеру переменный ток?

Совсем не обязательно,

компьютер и другую современную электронику можно питать постоянным током!

Посмотрите на рис. 1. напрашивается простое решение — питать компьютеры и другую электронику постоянным током. даже не меняя схему самого блока питания. Для этого необходимо просто подать на блок питания постоянное напряжение соответствующей полярности и величины.

Предостерегу от непродуманных шагов!

Это не только снимает проблему больших импульсных токов и искажения формы напряжения питающей сети, но и позволяет упростить схему электронных блоков питания и снизить их цену без ухудшения характеристик.

Необходимо только, чтобы инвертор блока питания устойчиво запускался на постоянном токе.

При этом постоянным током можно питать обычные (имеющемся в массовом использовании) электронные блоки питания. Для этого необходимо соответствующим образом скорректировать питающее напряжение и определить необходимую полярность напряжения.

Система питания компьютеров большого офиса постоянным током

Если в офисе более 10 — 15 компьютеров, в таком случае уже целесообразно (возможно даже повышение экономической эффективности) применять питание этих компьютеров постоянным током. Это позволит снизить токи протекающие в сети до близких к рассчитанным по средней мощности.

Общий источник питания для такой сети имеет небольшие габариты (которые определяются применяемой элементной базой), высокий КПД (до 95%) может быть построен на основе шестифазной мостовой схемы Ларионова, которая имеет вид:

Система построенная по такой схеме имеет коэффициент пульсаций до 1,4%, при соблюдении симметрии схемы и симметрии питающего напряжения. Наихудшее значение коэффициента пульсаций, в случае не соблюдения требований симметрии, может быть в 2-3 раза хуже.

Данная схема работает без фильтрующих конденсаторов. Применение дросселя фильтра L снизит коэффициент пульсаций до еще меньших величин и защитит первичную сеть от помех.

К достоинству данной схемы можно отнести компенсацию емкостной составляющей нагрузки.

Сравним

Я думал данная статья вызовет интерес, но его не заметно.

Поэтому для наглядности приведу две схемы вытекающее из статьи и опирающиеся на рис. 1 и 4.

Упрощенная схема типового блока питания компьютера, которую сравним с рис.4 и обратим свои взоры к рис.6, который практически полностью соответствует рис.5.

В красной рамке, здесь та часть схемы которая может быть удалена из БП. Правда, в большинстве случаев, необходима замена примененного симметричного фильтра на более простой П — образный.

Продолжая рассуждения, посмотрим рис. 6.

На рис 6 показана упрощенная схема подключения нескольких компьютеров (число ограниченно только потребностями и допустимой нагрузкой сети) для питания от трехфазной сети переменного тока.

Здесь общая для вторичной электрической сети, выпрямительная установка, собранная по многофазной схеме Ларионова служит для ее обеспечения постоянным током нужной мощности всех потребителей. Она имеет хорошие параметры качества напряжения и полностью заменяет входные выпрямители блока питания компьютера. Это позволяет вывести блоки питания компьютеров из синхронного режима зарядки их накопительных конденсаторов, что означает снижение импульсных токов в сети и приближение их к токам рассчитанным по средней мощности. Это в свою очередь снижает их влияние на первичные цепи и полностью исключает эффекты описанные в статье «Компьютер в нагрузку» и повышает качество напряжения в первичной сети.

И как уже говорилось выше, это позволит использовать имеющиеся блоки питания, но даст возможность их упростить в дальнейшем. Последнее позволит снизить стоимость.

1. Компьютер в нагрузку, Олег Григорьев, «Компьютерра» №47 от 06 декабря 2002 г. Скачать статью в формате pdf .

2. Расчет электропитающих устройств, Г.С. Векслер, Киев, Техника, 1978 г

Источник