Ремонт блоков питания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ремонт блоков питания

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент 33 группы

Волков Дмитрий

 

 

Введение

 

Компьютерный блок питания — вторичный источник электропитания (блок питания, БП), предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией постоянного тока, а также преобразования сетевого напряжения до заданных значений.

В некоторой степени блок питания  также:

• выполняет функции стабилизации и защиты от незначительных помех питающего напряжения;
• будучи снабжён вентилятором, участвует в охлаждении компонентов внутри системного блока персонального компьютера.

Мощность, отдаваемая в нагрузку существующими  БП, в значительной степени зависит  от сложности компьютерной системы  и варьируется в пределах от 50 (встраиваемые платформы малых форм-факторов) до 1800 Вт (большинство высокопроизводительных рабочих станций, серверов начального уровня или геймерских машин).

 

Существует несколько  основных видов БП, а именно:

 

АТ- первый широко использовавшийся в персональных компьютерах. Стандарт был очень популярен вплоть до конца 1999 — начала 2001 года, когда ему на смену пришел АТХ. (10-ти пиновый разъем)

АТХ- является доминирующим форматом для массово выпускаемых начиная с 2001 года компьютерных систем.(20-24х пиновый разъем)

 

Ноутбуков, нетбуков - применяется для зарядки АКБ, а также для обеспечения ноутбука питанием в обход аккумулятора. По типу исполнения, БП ноутбука чаще всего внешний блок. В виду практики выпускать БП под конкретную модель (серию) ноутбуков и учитывая тот факт, что характеристики разных моделей значительно разнятся, на внешние блоки питания нет единого стандарта, и сами БП обычно не взаимозаменяемы. Также, производители ноутбуков часто используют различные разъёмы питания.

 

 

Также на БП размещаются:

• 4-контактный разъём ATX12V (именуемый также P4 power connector) — вспомогательный разъём для питания процессора: вилка типа MOLEX 39-01-2040 или эквивалентная с контактами Molex 44476-1112 (HCS) или эквивалентными; розетка ответной части на материнской плате типа Molex 39-29-9042 или эквивалентная. Провод толщиной 18 AWG. В случае построения высокопотребляемой системы (свыше 700 Вт), расширяется до EPS12V (англ. Entry-Level Power Supply Specification) — 8-контактного вспомогательного разъёма для питания материнской платы и процессора 12 В,
• 4-контактный разъём для дисковода с контактами AMP 171822-4 или эквивалентными. Провод толщиной 20 AWG.
• 4-контактный разъём для питания периферийного устройства типа жёсткого диска или оптического накопителя с интерфейсом P-ATA: вилка типа MOLEХ 8981-04P или эквивалентная с контактами AMP 61314-1 или эквивалентными. Провод толщиной 18 AWG.
• 5-контактные разъёмы MOLEX 88751 для подключения питания SATA-устройств состоит из корпуса типа MOLEX 675820000 или эквивалентного с контактами Molex 675810000 или эквивалентными.
• 6- либо 8-контактные разъёмы для питания PCI Express x16 видеокарт.

 

 

 

 Блоки питания АТ

 

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). 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 блок питания, а заодно 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 сек. 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 MPC494 фирмы NEC. Cтруктурная схема TL494 изображена на рисунке 3.

 

 

 

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 ко 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 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, полученного 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.

 

 

2 Блоки питания АТХ

 

По принципу работы практически  не отличается от старого формата  АТ. 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, факс-модема, 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) - то же самое, что PG на старых блоках. 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).

Большинство цепей БП находятся  под напряжением сети, по этому перед поиском неисправности нужно отключить блок питания от сети и разрядить высоковольтные конденсаторы в фильтре.

А теперь рассмотрим наиболее часто  встречающиеся неисправности блоков питания. Очень часто выходят  из строя детали в высоковольтном фильтре, высоковольтном ключе, выпрямителях в каналах +5 В и +12 В, и микросхемы ШИМ-контроллера. Неисправности можно искать в таком порядке.

Проверить предохранитель, стоящий  перед сетевым фильтром (номинал - 4 А) и при его неисправности  заменить на предохранитель с таким же номиналом. Если предохранитель сгорит опять - ищем дальше.

Провести внешний осмотр монтажа  печатной платы, желательно через увеличительное стекло.

Печатные проводники должны быть целыми, без разрывов, выводы деталей не должны болтаться (ложные пайки выглядят как кольцеобразная трещина вокруг вывода детали).

С помощью омметра проверяем высоковольтный выпрямитель, высоковольтный фильтр и высоковольтный ключ. Конденсаторы фильтра не должны иметь обрывов (отсутствие броска при проверке омметром) или коротких замыканий. Если есть осциллограф, можно посмотреть форму выпрямленного напряжения на выходе высоковольтного фильтра (на входе осциллографа должен быть включен делитель 1:10). При подключенной к каналу +5 В нагрузке 1-2 Ом двойная амплитуда пульсаций не должна превышать 5 В.

Транзисторы высоковольтного ключа, скорее всего, будут иметь встроенный защитный диод, включенный между коллектором  и эмиттером. Найти эти транзисторы  просто - они имеют большой корпус, закреплены на радиаторе, на плате у  их выводов обычно нанесена маркировка "В", "С", "Е" (база, коллектор, эмиттер). Проверяются также защитные диоды, если они установлены, подключенные к выводам коллектора и эмиттера транзисторов. Транзистор считается  неисправным, если сопротивление "коллектор - эмиттер" мало или равно нулю в обоих направлениях.

Дальше - проверка каналов +5 В, +12 В,  -5 В, -12 В. Для проверки каналов +5 В и  +12 В измеряют сопротивление их выходов (шина +5 В и общий, шина +12 В и общий). Проводник + 5 В обычно окрашен в красный цвет, +12 В - в желтый, общий провод черного цвета. Сопротивление выхода должно быть больше 100 Ом. Если оно намного меньше или даже равно нулю - скорее всего, пробиты диоды в выпрямительном мосте (как минимум один).

Заменять неисправные детали нужно  аналогичными. Выпрямители представляют собой два диода, соединенные  катодами и залитые в пластмассу. На корпусе нанесена маркировка - изображение  двух диодов, включенных встречно. Эти  блоки также закреплены на радиаторе, причем он может быть общим для  выпрямителей и транзисторов высоковольтного  ключа. При установке выпрямителей и транзисторов обязательно проверяйте целостность изолирующих прокладок.

Если пробит один или оба диода  в любом из каналов, блок питания  не будет заводиться: слышно только слабое жужжание, все выходные напряжения сильно занижены, вентилятор не крутится, импульсов на выходе микросхемы (выводы 8, 9, 10, 11) тоже может не быть. Аналогично проверяется исправность каналов -5 В и -12 В. Выпрямители в них часто собирают на двух обычных диодах. Если применяются интегральные стабилизаторы типов 7905 и 7912, измеряют сопротивление на их входах (должно быть больше 100 Ом). Пробиться могут и конденсаторы в фильтрах, но это бывает реже.