Александр Куличков - Импульсные блоки питания для IBM PC
• сопротивление изоляции между входами первичной сети и общим проводом вторичных каналов – не менее 10 МОм;
• уровень сигнала «питание в норме» – ТТЛ (активный – высокий);
• задержка появления сигнала «питание в норме» – 100–500 мс;
• минимальное время сохранения уровней выходных напряжений после выключения – 20 мс;
• диапазон рабочих температур – 0-50 °C.
В состав блоков питания системных модулей компьютеров включены узлы для защиты силовых элементов схемы импульсного преобразователя от короткого замыкания по всем вторичным каналам и чрезмерного неконтролируемого повышения вторичного напряжения. Механизм срабатывания электронной защиты предусматривает блокировку функционирования схемы управления и импульсного преобразователя. После включения блокировки ее действие будет продолжаться до устранения причины короткого замыкания и повторного выключения/включения блока питания. Обязательным элементом защиты в блоке питания является предохранитель, установленный по одному из входных потенциальных проводников первичной сети.
На корпусе каждого блока питания закреплена этикетка с указанием его конкретной модификации и краткие сведения о характеристиках источника. Как правило, маркировка дополняется сведениями о параметрах семейства преобразователей, к которому принадлежит данное изделие.
3.2. Конструкция блока питания
В состав блока питания для системного модуля персонального компьютера входят: металлический корпус, печатная плата с установленными на ней компонентами электронной схемы, вентилятор, два трехконтактных разъема для подключения к первичной питающей сети. Печатная плата и вентилятор размещены в полости корпуса. Лопасти вентилятора закрыты металлической сеткой или решеткой для предотвращения попадания предметов в его рабочую зону. Направление воздушного потока – из внутренней полости блока питания наружу.
Компоновка электронных элементов на печатной плате обеспечивает улучшенное охлаждение силовых элементов воздушным потоком, создаваемым вентилятором. Элементы, наиболее подверженные разогреву, размещены на радиаторах. Как правило, на одном радиаторе устанавливается несколько элементов, работающих в разных цепях блока питания. Напряжения на корпусных электродах этих элементов также различны. Поэтому крепление на общем радиаторе производится через теплопроводящие изолирующие прокладки.
Приборные части разъемов для подключения сетевого электропитания размещены на одной боковой стенке корпуса с вентилятором. Один из разъемов – сетевая вилка типа IEC320 с тремя ножевыми контактами, второй – аналогичная по конструкции розетка на три контакта. Два контакта каждого из разъемов используются для передачи напряжения питания, а через третий, средний контакт осуществляется заземление корпуса блока питания.
Отличие блоков питания компьютеров AT/XT от источников питания для модулей ATX форм-фактора заключается в наличии дополнительного кабеля соединения с сетевым выключателем. В блоках для компьютеров ATX стандарта такой кабель отсутствует, питание в них вводится через приборную вилку, закрепленную на корпусе преобразователя, и сразу подается на каскады электронной схемы. Первичное подключение сети к источникам AT/XT модулей производится через аналогичную вилку, но далее кабелем подводится к сетевому выключателю. Через сетевой выключатель напряжение питания подается на входные цепи электронной схемы преобразователя и на розетку, установленную на корпусе блока питания. Сетевая розетка служит для транзита сетевого напряжения. Наиболее часто к ней подключается монитор компьютера. Включение импульсного блока питания происходит при замыкании контактов сетевого выключателя, выключение – их размыканием. Размыканием контактов сетевого выключателя напряжение первичной сети снимается с входных клемм блока питания и транзитной розетки. Кабель, подводимый к сетевому выключателю от блока питания, состоит из четырех проводов, помещенных в общую изолирующую трубку. Токоведущие проводники кабеля заканчиваются лепестками, которые надеваются на ножевые контакты сетевого выключателя. Расположение сетевого выключателя на блоке жестко не определено. Он может быть установлен на любой из боковых стенок настольного корпуса типа DESKTOP. На корпусе типа TOWER сетевой выключатель, как правило, выведен на его переднюю панель.
Через отверстие в корпусе блока питания выведен жгут проводников каналов вторичных постоянных напряжений. Проводники можно условно разделить на три группы в соответствии с числом модификаций и назначением розеток разъемов, подключенных к проводникам каждой группы.
Первая группа проводников предназначена для подачи электропитания на системную плату. Проводники подключены к контактам двух идентичных разъемов, имеющих маркировку P8 и P9. Розетки разъемов имеют «ключ», исключающий неправильный монтаж к ответным приборным частям материнской платы. При подключении к плате разъемы устанавливаются таким образом, что «общие» проводники (черного цвета) обоих разъемов располагаются рядом. Именно такое положение разъемов на плате является правильным. Номера контактов и назначение проводников в разъеме P8 следующие: (1) сигнал «питание в норме»; (2) +5 В, (3) +12 В; (4) -12 В; (5), (6) «общий» провод. Разъем P9: (1),(2) «общий» провод; (3) -5 В; (4), (5), (6) +5 В.
Вторая группа проводников разведена на четырехконтактные розетки, предназначенные для подключения к периферийным устройствам. Тип розеток – AMP 1-480424-0 либо MOLEX 8981-04Р. Разводка контактов у этих розеток полностью идентична и имеет следующее назначение: (1) +12 В; (2), (3) общий; (4) +5 В.
Третья, последняя, группа проводников подводится к контактам разъемов типа AMP 171822-4. Эти розетки соединяются с ответными частями разъемов, установленных на приводах гибких магнитных дисков. Они имеют следующую разводку: (1) +5 В; (2), (3) общий; (4) +12 В.
Цветовая маркировка одноименных токоведущих проводников вторичных каналов следующая: +5 В – красный, +12 В – желтый, – 5 В – белый, – 12 В – синий, общий провод вторичной цепи – черный, сигнал «питание в норме» (POWERGOOD или PG) – оранжевый.
При установке источника питания в системный модуль разъемы подключения сетевого напряжения и вентилятор имеют выход на заднюю стенку блока. Для выбора рабочего уровня входного напряжения на блоке питания установлен переключатель – селектор напряжения. Он также находится на задней стенке блока и доступ к нему постоянно открыт. На движке переключателя нанесена цифровая маркировка для каждого положения.
3.3. Структурная схема
Структурная схема импульсного блока питания для компьютеров типа AT/XT, содержащая типовой набор функциональных узлов, представлена на рис. 3.1. Модификации блоков питания могут иметь различия только в схемотехнической реализации узлов с сохранением их функционального назначения.
Рис. 3.1. Структурная схема блока питания для компьютеров типа AT/XT
На структурной схеме, приведенной на рис. 3.1, указано наименование узлов совместно с позиционным обозначением основных элементов, на которых выполнен данный каскад или узел. Позиционное обозначение соответствует принципиальной схеме базовой модели импульсного блока питания. Логические связи на структурной схеме показаны стрелками, которые указывают направление передачи сигналов, воздействий или подачу напряжений питания.
Блок питания, соответствующий данной структурной схеме, выполнен по схеме ВЧ преобразователя с внешним возбуждением.
Первым каскадом, на который поступает первичное переменное напряжение, является помехоподавляющий индуктивно-емкостный сетевой фильтр НЧ. Он установлен для ограничения влияния помех, проникающих через входные цепи из питающей сети, на работу ВЧ преобразователя. Появление помех в сети может отразиться на выходных характеристиках вторичных постоянных напряжений, вырабатываемых блоком питания. Если бы входной НЧ фильтр отсутствовал, то все помехи, возникающие в сети, трансформировались бы во вторичные цепи. Природа их различна, поэтому по каналам вторичных напряжений пришлось бы устанавливать дополнительные элементы, исключающие воздействие помех на электронные схемы нагрузки.
Высокочастотный преобразователь является усилителем сигналов, которые вырабатываются схемой управления. Мощные броски тока, возникающие в моменты коммутации силовых элементов УМ, вызывают появление помеховых сигналов в первичной цепи ПН. Входной сетевой фильтр препятствуют распространению этих помех через питающую сеть, ограничивая или полностью подавляя их.
Выход сетевого фильтра подключен к выпрямителю, который сначала преобразует переменное напряжение в униполярное, пульсирующее и затем сглаживает его. Сглаживание выпрямленного напряжения происходит электролитическими конденсаторами, также входящими в состав выпрямителя. Схемотехника блоков питания предусматривает их использование в регионах, отличающихся стандартизованными уровнями напряжения первичной сети. Для возможности работы блока питания при разных уровнях питающего напряжения в блок введен специальный переключатель – селектор входного напряжения SW. Коммутацией переключателя производится модификация цепей сетевого выпрямителя и элементов сглаживающего фильтра. Смысл реконфигурации входных цепей заключается в том, чтобы обеспечить постоянный уровень напряжения на силовом каскаде преобразователя при изменении уровня напряжения питания с 220 на 115 В и обратно. При этом не происходит переключения обмоток трансформаторов, для корректировки коэффициента трансформации, и все остальные цепи блока питания не изменяются.
