Как увеличить мощность БП компьютера?

Как устроен блок питания компьютера. Часть 2

Здравствуйте, уважаемые читатели!

Не так давно мы с вами начали знакомиться с устройством импульсного блока питания компьютера. В первой части статьи мы рассмотрели его структурную схему. Давайте продолжим знакомство и рассмотрим

Низковольтные выпрямители

Напряжение со вторичных обмоток трансформатора основного инвертора поступает на выпрямители каналов +3,3, +5 и +12 В.

По этим каналам потребляется практически вся мощность, отдаваемая блоком.

Обмотки трансформатора имеют вывод от средней точки. Используется двухполупериодная схема выпрямления с двумя диодами.

Она называется так потому, что используются оба полупериода переменного напряжения.

Отметим, что в низковольтных выпрямителях, в отличие от высоковольтных, используют диоды Шоттки.

Они отличаются от обычных тем, что на них падает меньшее напряжение. По этим диодам могут проходить токи более десятка ампер.

Поэтому рассеиваемая на них мощность уменьшается значительно.

Пара диодов Шоттки помещается обычно в общий трехвыводной корпус с общим анодом или общим катодом. Эта сборка диодов устанавливается на общий радиатор.

У внимательного читателя может возникнуть вопрос. А почему это высоковольтный выпрямитель состоит из четырех диодов, а низковольтный – из двух?

Начнем с того, что высоковольтный выпрямитель невозможно сделать из двух диодов, так как входное переменное напряжение подается не через трансформатор, а непосредственно. А вот с низковольтным возможны варианты.

Можно было бы и здесь использовать мостовую схему из четырех диодов. Но в этом случае последовательно с нагрузкой были бы включены два диода (а не один как в двухдиодной схеме). На втором диоде были бы дополнительные потери, что уменьшило бы выходное напряжение.

Кроме того, на втором диоде бы рассеивалась довольно значительная мощность, что потребовало бы усиления охлаждения (более громоздкого радиатора и вентилятора с большей производительностью).

Недостаток такой схемы – наличие двух (а не одной) вторичных обмоток трансформатора в каждом канале. Но с этим приходится мириться. 

Низковольтные фильтры

После низковольтных выпрямителей в каналах +3,3, +5 и +12 В устанавливаются фильтры. Это, как правило, индуктивно-емкостные (LC) фильтры.

Применяются дроссели на ферритовых сердечниках, обладающие индуктивностью и электролитические конденсаторы.

Их также можно рассматривать как фильтры нижних частот, которые выделяют из пульсирующего напряжения постоянную составляющую.

Следует отметить, что полностью подавить высокочастотные помехи невозможно, их уровень сводят к некоей небольшой допустимой величине. В качественных питающих блоках используют конденсаторы с низким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением).

Чем ниже ESR, тем меньше будет греться конденсатор. Для уменьшения ESR устанавливают несколько конденсаторов параллельно (а не один с большой емкостью). Та же идеология используется в материнских платах компьютеров, где можно увидеть линейку конденсаторов возле процессора.

В дешевых блоках питания на элементах низковольтных фильтров часто экономят. Дроссели заменяют перемычками, ставят конденсаторы меньших емкостей и меньшим числом.

Это чревато перегревом импульсного стабилизатора (питающего ядро процессора) на материнской плате и уменьшением надежности работы. Такие блоки «шедевры схемотехники» легко отличить по весу.

Качественные блоки питания не должны весить менее 1,5 – 2 кг. «Облегченные» блоки лучше не использовать.

Стабилизация выходных напряжений

В каналах +3,3, +5 и +12 В имеется и дроссель, выполненный на одном общем сердечнике. Это дроссель групповой стабилизации.

Вместе с контроллером и цепями обратной связи он способствует стабилизации этих выходных напряжений.

Напомним, что выходные напряжения должны находиться в пределах  +/- 5% от номинального значения.

При увеличении выходного тока (и, следовательно, и потребляемой нагрузкой мощности) контроллер увеличивает ширину импульсов, открывающих ключи инвертора. При этом увеличивается мощность, поступающая в первичную обмотку основного трансформатора.

Со вторичных обмоток также снимается бОльшая мощность. Проблема в том, что увеличение тока может происходить только по одному из каналов. В ответ на увеличение тока контроллер увеличивает ширину импульсов, стремясь поддержать напряжение в этом канале.

Но при этом увеличиваются и напряжения в других каналах. При использовании дросселя групповой стабилизации увеличение тока водном из каналов увеличивает магнитный поток в сердечнике. При этом наводится напряжение в обмотках и других каналов (сердечник же общий!), которое вычитается из основного.

На самом деле дело обстоит сложнее, применяются и другие схемотехнические напряжения, в частности резистивный делитель в каналах +5 и +12 В. Для стабилизации напряжения +3,3 В могут применять так называемый магнитный усилитель — отдельный дроссель на ферритовом сердечнике, работающий в режиме насыщения.

Охлаждение блока питания

Как уже указывалось, охлаждение радиаторов с силовыми элементами осуществляется вентилятором. Тепло «выдувается» из блока питания наружу. В качественных блоках  контроллер управляет вентилятором охлаждения.

Используя сигнал температурного датчика, он изменяет напряжение на обмотках вентилятора. Если температура внутри блока питания повысилась, контроллер поднимает напряжение на вентиляторе, увеличивая обороты. Если она уменьшилась — уменьшает.

Датчик могут устанавливать на радиаторе, где установлены низковольтные выпрямительные диоды. Однако такая схема достаточно инерционна. В более совершенных моделях контроллер отслеживает потребляемую мощность. Как только она увеличилась, он сразу поднимает обороты вентилятора, работая на опережение.

В заключение скажем, что не рекомендуется включать блок питания без нагрузки. Во-первых, цепи защиты могут сообщить контроллеру об отсутствии нагрузки, и он не запустит инвертор. Во-вторых, самые дешевые модели могут просто выйти из строя. Нагрузка должна составлять величину хотя бы 10% от максимальной мощности блока.

С вами был Виктор Геронда.

До новых встреч!

Источник: https://vsbot.ru/komputery/kak-ustroen-blok-pitaniya-computera-chast-2.html

Улучшение компьютерного блока питания

В данной статье использовались только факты, проверенные и испытанные временем. Автор статьи не ставит своей целью убеждать читателя в чём-либо. И уж тем более не несёт никакой ответственности за ваши эксперименты с вашим же оборудованием. Информация справедлива для блоков питания стоимостью много меньше 40$.

Типовая схема блока питания АТ 200W

1. Главный недостаток всех дешевых БП

Вот так выглядит осциллограмма напряжений +5В дешевого БП.

Осциллограмма напряжений +5В

Рис.1 Статическая нагрузка 30%

В общем-то всё в пределах нормы. =
Заметны короткие выбросы напряжения. С увеличением нагрузки – увеличиваются выбросы. Следствие – глюки памяти и других цифровых элементов PC. Отметим, что нагрузка 30% — это большинство PC не обременённых более чем одним HDD. Имеющим простенькую видеокарту и CPU потребляющий не более 15W.

2. Второй недостаток

В теории сказано, что ИБП очень критичны к нестабильности тока нагрузки. В нашем случае этот недостаток проявляется во всей красе. Так выглядит осциллограмма напряжения +12В при динамической нагрузке.

Осциллограмма напряжения +12В при динамической нагрузке

Рис.2 Комбинированная нагрузка 50% (2 и более HDD)

На Рис.2 участок №1 – статическая нагрузка. Участок №2 – HDD в режиме чтение/запись. Характерны провалы напряжения питания +12В.

Величина и длительность провала зависит от параметров фильтра блока питания и мощности HDD. Следствие: из-за нестабильности шины питания +12В жесткий диск начинает хлопать головами по «блинам». Появляются бэды.

Глюки утройств питающихся от шины +12В (ISA карты, COM порты)

3. Как с этим бороться

Рассмотрим фильтр блока питания.

Фильтр блока питания

Рис.3 Фильтр (какой он есть)

В большинстве АТ блоках фильтр для шины питания +5В состоит из двух электролитических конденсаторов 1000мкФх10В. Для шины питания +12В одного конденсатора 1000мкФх16В. Для импульсных блоков питания емкость фильтрующих конденсаторов берётся из расчета 500..1000мкФ на 1А тока нагрузки.

В нашем случае получаем для шины +5В максимальный ток нагрузки составит 4А. Для шины питания +12В максимальный ток нагрузки составит 2А.
В большинстве случаев аварийная ситуация не возникает.

Но вот при использовании даже одного HDD типа IBM DPTA 7200RPM (или с аналогичным энергопотреблением) наблюдались вышеуказанные глюки.

Фильтр

Рис.4 Фильтр. (какой он должен быть)

Для этой схемы (Рис.4) справедливы следующие параметры: шина +5В – максимальный динамический ток нагрузки 20А.
Шина +12В – максимальный динамический ток нагрузки 8А.

Электролитические конденсаторы устраняют нестабильность по току. Керамические (2.2мкФ 3..6шт.

) устраняют импульсные выбросы напряжения. Рекомендуется серия с низким сопротивлением для импульсных токов (кажись так называется). Каждая фирма маркирует их посвоему. Из того, что можно достать в Питере — например Hitano, серия EXR, рабочая температура до 105 цельсия.

Тут чем больше емкость, тем лучше. Наверное лучше брать SMD (бескорпусную) и паять с обратной стороны платы прямо на проводники. По поводу катушек в выходных фильтрах: если нет опыта намотки — лучше не эксперементировать. Если есть возможность купить, то можно попробовать. Или выпаять из мертвого БП.

С катушками на выходе — нужно быть очень осторожным. Блок проверять только нагружая на резисторы.

После модернизации фильтра смотрим осциллограмму

После модернизации фильтра осциллограмма

Рис.5 Статическая нагрузка 30% (шина +5В)

Так выглядит под нагрузкой «поверхность» напряжения брендового блока питания. Присутствуют выбросы напряжения, но они незначительны (много меньше допустимой нормы) и с увеличением нагрузки практически не увеличиваются.

Суммарная емкость (мой вариант) электролитических конденсаторов 6800мкФ. Керамических конденсаторов 1.5мкФ (всё что было под рукой).

Для интереса был протестирован блок питания АТХ фирмы PowerMan из корпуса InWin A500 – осциллограмма похожая, но выбросы напряжения отсутствуют.

Комбинированная нагрузка 50% (2 и более HDD)

Рис.6 Комбинированная нагрузка 50% (2 и более HDD)

На Рис.6 участок 2 соответствует динамической нагрузке.
Емкость фильтра – один конденсатор 4700мкФх25В (HDD в режиме чтение/запись). Максимальная помеха не более 100мВ. Блок питания АТХ фирмы PowerMan показал примерно тотже результат.

4. Безопасность/надёжность высоковольтной части БП

Осциллограмма сетевого напряжения

Рис.7 Осциллограмма сетевого напряжения. Идеальная =

Работа нескольких РС без фильтра

Рис.8 Осциллограмма сетевого напряжения. Работа нескольких РС без фильтра.

Кто-то скажет: «ну а нам всё равно — гадит наш РС в сеть или нет. Ну сэкономили на сетевом фильтре, ну и что.» Возможно вас убедит следующая осциллограмма.

Работа в сети (220В) некоторых мощных потребителей

Рис.9. Работа в сети (220В) некоторых мощных потребителей.

Где:  — сопротивление контактов в момент размыкания.  — сопротивление контура цепи 220В.  — напряжение сети (220В).

Нетрудно догадаться, что числитель всегда больше чем знаменатель. На осциллограмме (Рис.9) участок 2 — присутствует «провал» сетевого напряжения длительностью 20..

500мсек (характерно для включения в сеть потребителей с реактивным характером сопротивления). От коротких провалов напряжения спасает UPS (минимальное время включения бесперебойника 4мсек). Это хорошо если он есть. Возможно понадобится увеличить емкость высоковольтного фильтра постоянного тока (на Рис.

10 – электролиты 680х250V).Обычно установлены 220х200V. При потребляемой мощности 100Ватт запаса емкости (220х200V) хватает на 70..100мсек. Если увеличивать емкость до 680..1000мкФх200В, то не забудьте заменить диодную сборку RS205 (2A 500V) на RS507 (5A 700V)!!! Обязательно наличае терморезистора 4,7 … 10 Ом на 10А.

На терморезисторах обычно экономят. Ставят обычное сопротивление 1 Ом, 1Ватт

Сетевой фильтр + выпрямитель

Рис.10 Сетевой фильтр + выпрямитель. Какими они должны быть.

Из всех элементов в схеме фильтра обычного БП присутствует только терморезистор PS405L и предохранитель (самое необходимое). Иногда ставят симметричный трансформатор (на схеме – 5mH).

Само собой — выпрямитель RS205 и высоковольтный фильтр постоянного тока (2 электролита 220х200В).

5. Увеличение КПД

5.

1 Замена мощных ключевых транзисторов

Менять будем импортные биполярные KSE13007 (или NT405F, 2SC3306) на наш советский полевик КП948А.

Рис.11 Типовая схема включения полевого транзистора.

Такой вариант годится для АТХ блоков питания, т.к. запуск блока происходит от отдельного маломощного источника питания. Для АТ блоков такая схема не годится. Поэтому я оставил обвязку транзистора как есть, добавив 15В стабилитрон (как показано на схеме Рис.11). Стабилитроны ставить необзятельно, т.к.

прямое напряжение на затворе не превышает 1В (прямой диод), а напряжение его обратного пробоя не более 10В, Конденсаторы 1мкФх50v (Рис.

Рис.12 Рекомендуемая схема включения КП948А для блока АТ.

Не знаю почему – но у меня работает. Падение мощности на транзисторах уменьшается на 3..5Ватт. Хотя стабилитроны я всётаки оставил. Как следствие – перестает греться.

Плата сетевого фильтра

5.2 Выпрямительные диоды

Мощные выпрямительные диоды ставим на нормальные радиаторы. Подойдёт радиатор от CPU — пилим пополам. Одна половинка на +5В выпрямитель. Вторая — для +12В выпрямителя. Рекомендуют также силовые диодные сборки заменить на наши советские диоды КД2998А. Радиаторы — увеличить. Всё! Теперь вентилятор из БП можно выкинуть.

При этом нарушается нормальный теплообмен внутри корпуса. Но если это БП для маршрутизатора – то греться внутри корпуса особо нечему. Если это файловый сервер – тогда на свой страх и риск. Хотя Manowar Manowar'ыч утверждает, что у него переделанный АТХ блок питания нагружен на 2HDD 7200RPM + УНЧ и всё это хозяйство работает без вентилятора.

В общем – успехов вам!

Количество статей в радиолюбительских журналах, посвящённых регулированию  температуры жала пальника, работающего от сети, огромно.

Если даже отложить в сторону просто регуляторы напряжения на паяльнике, выполненные на ЛАТРах, реостатах, всевозможных тиристорных, симисторных фазовых регуляторах и т.п.

,то останется большое количество схем, которые позволяют не только регулировать уровень температуры жала паяльника, но и стабилизировать этот уровень, вне зависимости от колебаний сетевого напряжения.

Page 3

Источник: http://radio-hobby.org/modules/news/article.php?storyid=301