Блок питания AT/ATX (теоретическая начальная подготовка).

Блок питания AT/ATX (теоретическая начальная подготовка).

Блок питания AT.

Как можно видеть на схеме (рис. 1), входное напряжение (115 или 220 В переменного тока) поступает на помехоподавляющий фильтр, который обычно состоит из дросселей, конденсаторов малой емкости и разрядного резистора. Далее напряжение питания поступает на двухполюсный выключатель, который чаще всего установлен на передней стенке компьютера (с него - на стандартный разъем, к которому подключен стандартный шнур питания монитора), и далее на высоковольтный выпрямитель. Он представляет собой четыре диода, соединенных по мостовой схеме и "залитых" в пластмассовый корпус. Выпрямленное напряжение поступает на сглаживающий фильтр (скорее всего, это будет пара электролитических конденсаторов емкостью по 200-500 мкФ с указанным максимальным напряжением 400 В - см. рис. 2).

Рис. 1.

Рис. 2.

Между высоковольтным выпрямителем и высоковольтным фильтром включен выключатель S1, вынесенный на заднюю стенку БП. В разомкнутом состоянии схема будет работать как однофазный мостовой выпрямитель с входным напряжением 220 В, который работает на емкость, равную С/2, а в замкнутом - удвоитель напряжения, входное напряжение для которого должно быть 115 В (это американский стандарт).

Отфильтрованное постоянное напряжение поступает на собранный по одно- или двухтактной схеме высоковольтный транзисторный ключ, который переключается схемой управления с частотой несколько десятков килогерц. Импульсы напряжения поступают на импульсный понижающий трансформатор, на вторичных обмотках которого и получаются напряжения для каналов +5 В, +12 В, -5 В, -12 В. Каналы эти собираются по стандартным схемам и содержат двухполупериодный выпрямитель (два диода, подключенных к обмотке со средней точкой) и LC-фильтр. В каналах -5 В и -12 В могут применяться интегральные стабилизаторы напряжения типов 7905 и 7912, соответственно. К каналу +12 В обычно подключается вентилятор, который охлаждает БП, а также и компьютер.

Выходные напряжения отслеживаются схемой управления. Сигнал PG (Power Good), сигнализирующий о том, что напряжения на блоке питания находятся в пределах нормы, представляет собой постоянное напряжение +5 В, которое должно появиться после окончания всех переходных процессов в блоке питания. При отсутствии этого сигнала на системной плате непрерывно вырабатывается сигнал аппаратного сброса процессора, при появлении этого сигнала система начинает нормальную работу. Уровень этого сигнала может лежать в пределах 3-6 В. Появляется он через 0,1-0,5 с после включения питания при нормальных напряжениях на выходе блока. Отсутствие необходимой задержки при включении и запаздывание при выключении приводит к потере информации в CMOS и ошибкам при загрузке. Нажатие кнопки "reset" практически эквивалентно замыканию PG на схемную землю.

Схема управления обычно состоит из контроллера широтно-импульсной модуляции (ШИМ-контроллер) и линейки компараторов, которые отслеживают уровни выходных напряжений и участвуют в формировании сигнала PG. В качестве линейки компараторов часто применяется микросхема LM339N, TL494 (TL493, TL495) фирмы Texas Instrument или ее аналог - микросхема МРС494 фирмы NEC. Структурная схема TL494 изображена на рис. 3.

Рис. 3.

Назначение выводов TL494 следующее:
- выводы 1 и 2 - неинвертирующего и инвертирующего входов усилителя ошибки 1; 
- вывод 3 - вход "обратной связи"; 
- вывод 4 - вход регулировки "мертвого времени" (время, в течение которого закрыты оба выходных транзистора, причем независимо от величины тока нагрузки); 
- выводы 5 и 6 - для подключения внешних элементов к встроенному генератору пилообразного напряжения; 
- вывод 7 - общий; 
- выводы 8 и 9 - коллектор и эмиттер первого транзистора; 
- выводы 11 и 10 - коллектор и эмиттер второго транзистора; 
-вывод 12 - питание; 
- вывод 13 - выбор режима работы (возможна работа в одно- или двухтактном режиме: если на этом выводе присутствует логическая "1" (+2,4...+5 В), то транзисторы открываются поочередно (двухтактный режим работы); если на выводе 13 будет "0" (0...0.4 В), то это однотактный режим, при этом транзисторы могут быть включены параллельно для увеличения выходного тока); 
- вывод 14 - выход опорного напряжения (+5 В); 
- выводы 15 и 16 - неинвертирующий и инвертирующий входы усилителя ошибки 2.
ШИМ-контроллер работает на фиксированной частоте и содержит встроенный генератор пилообразного напряжения, который требует для установки частоты всего два внешних компонента: резистора Rt и конденсатора Ct. При этом частота генерации будет равна f=1,1/RtCt. Модуляция ширины импульсов достигается сравнением положительного напряжения, полу ченного на конденсаторе Ct с двумя управляющими сигналами (один из них поступает на вход регулировки "мертвого времени", второй получается из выходных сигналов усилителей ошибок и сигнала обратной связи). Логический элемент ИЛИ-НЕ возбуждает выходные транзисторы только тогда, когда амплитуда пилообразного напряжения выше амплитуды управляющих сигналов. Таким образом, повышение амплитуды управляющих сигналов вызывает уменьшение ширины выходных импульсов.

Блок питания ATX.

По принципу работы практически не отличается от формата AT. Отличия - в конструкции и возможностях управления питанием. Если в старом конструктиве выключатель сети располагался на передней стенке корпуса (почти всегда), то в новых блоках питания управление производится с помощью кнопки, а силовой выключатель установлен на самом блоке питания, и сетевое напряжение присутствует только внутри БП. Еще многие новые блоки питания не требуют переключения пределов входного напряжения, работая в диапазоне 100-240 В.

Существенные отличия есть в электрическом интерфейсе. В АТХ есть дополнительный источник напряжением 3,3 В для питания процессора и дежурный "Standby" - маломощный источник с выходом +5 В. Дежурный источник с допустимым током нагрузки 10 мА (АТХ 2.01) включается при подаче сетевого напряжения. Предназначен он для питания цепей управления энергопотреблением и устройств, "страдающих бессонницей" - например, факсмодема, который при поступлении входящего звонка "разбудит" машину.

Мощность этого источника может быть увеличена до 720 мА, и машина сможет проснуться при приеме пакета от дежурного адаптера локальной сети. В интерфейс БП введен управляющий сигнал PS-ON, включающий основные источники +5, +3,3, +12, -5 и -12 В. Напряжение от этих источников поступает только при низком уровне управляющего сигнала. При высоком уровне или свободном состоянии цепи выходные напряжения источников - около нуля. О нормальном напряжении питания свидетельствует наличие сигнала PW-OK (Power O'Key), который на старых блоках обозначался как PG.

Интерфейс управления питанием позволяет выполнять программное отключение питания. В старом формате питающие провода к плате подключались двумя разъемами, что порой приводило к нехорошим последствиям, в АТХ разъем один и снабжен надежным ключом. Расширенная спецификация предусматривает передачу информации от датчиков вентилятора на системную плату - для обеспечения контроля оборотов. Для этих целей может присутствовать дополнительный (необязательный) жгут. Кроме сигналов датчика вентилятора, сигнала управления скоростью вращения вентилятора БП и сигнала обратной связи стабилизатора +3,3 В, на дополнительном разъеме имеются контакты 1394 (+) и 1394 (-) изолированного от схемной земли источника напряжения 8 - 48 В для питания устройств шины IEEE 1394 (FireWire).