Доработка блоков питания CODEGEN и других, JNC-подобных…

Доработка блоков питания CODEGEN и других, JNC-подобных…

Данная статья (первый вариант) была написана для моего собственного проекта, который в настоящее время находится в умирающем положении и будет перепрофилирован. Так как я считаю, что статья будет полезна многим людям (я сужу по многочисленным письмам, в том числе и от читателей Вашего ресурса), предлагаю Вам разместить вторую редакцию данного творения.

Надеюсь, это будет интересно Вам и Вашим читателям.

Если посмотреть на схемотехнику фирменных и китайских (no name) БП, то можно увидеть, что они очень похожи. Используется одна и та же стандартная схема включения на базе микросхемы ШИМ КА7500 или аналогов на TL494. А в чем же между блоками питания разница? Разница в применяемых деталях, их качестве и количестве. Рассмотрим типичный фирменный блок питания:

Рисунок 1

Рисунок 2 Бесподобный образец китайской инженерной мысли! Нет ни фильтров (вместо них стоят «специально обученные перемычки»), ни конденсаторов, ни дросселей. В принципе без них тоже все работает – но как! В выходном напряжении присутствует шум переключения транзисторов, резкие выбросы напряжения и значительная его просадка при различных режимах работы компьютера. Какая тут уж стабильная работа…

Вследствие примененных дешевых комплектующих работа такого блока очень ненадежна. Реально выдаваемая безопасная мощность такого БП – 100-120 вт. При большей мощности он просто сгорит и утянет за собой половину компьютера. Как же доработать китайский БП до нормального состояния и сколько реально нам мощности нужно?

Хочется отметить что, сложившееся мнение о высоком энергопотреблении современных компьютеров, немного неверно. Упакованный системный блок на базе Pentium 4 потребляет меньше 200 вт, а на базе AMD ATHLON XP меньше 150 вт. Таким образом, если мы хотя бы обеспечим БП реальные 200-250 вт., то одним слабым звеном в нашем компьютере будет меньше.

Наиболее критическими деталями в БП являются:

• Высоковольтные конденсаторы
• Высоковольтные транзисторы
• Высоковольтные выпрямительные диоды
• Высокочастотный силовой трансформатор
• Низковольтные диодные выпрямительные сборки

Братья китайцы умудряются и здесь экономить… Вместо высоковольтных конденсаторов 470мкф х 200 вольт они ставят 200мкф х 200 вольт. Эти детали влияют на способность блока держать кратковременное пропадание сетевого напряжения и на мощность выдаваемого напряжения БП. Ставят маленькие силовые трансформаторы, которые сильно нагреваются при критических мощностях. А так же экономят на низковольтных выпрямительных сборках, заменяя их на два спаянных вместе дискретных диода. Про отсутствие фильтров и сглаживающих конденсаторов уже говорилось выше.

Попробуем это все исправить. Прежде всего, нужно открыть БП и оценить размер трансформатора. Если он имеет размеры 3х3х3 см и больше, то блок имеет смысл дорабатывать. Для начала надо заменить большие высоковольтные конденсаторы и поставить не меньше 470мкф х 200 вольт. Необходимо поставить все дроссели в низковольтную часть БП. Дроссели можно намотать самому на ферритовом кольце диаметром 1- 1,5 см медным проводом с лаковой изоляцией сечением 1-2 мм 10 витков. Можно так же взять дроссели с неисправного БП (убитый БП можно купить в любой компьютерной конторе за 1-2$). Далее нужно распаять сглаживающие конденсаторы в пустующие места низковольтной части. Достаточно поставить 3 конденсатора 2200мкф х 16 вольт (Low ESR) в цепи +3.3в, +5в, +12в.

Типичный вид низковольтных выпрямительных диодов в дешевых блоках такой:

Рисунок 3

или, что хуже, такой

Рисунок 4

Первая диодная сборка обеспечивает 10 ампер на 40 вольт, вторая – 5 ампер мах. При этом на крышке БП написаны следующие данные:

Рисунок 5

Заявлено 20-30 ампер, а реально выдается 10 или 5 ампер!!! Причем на плате БП предусмотрено место для нормальных сборок, которые там должны стоять:

Рисунок 6

По маркировке видно, что это 30 ампер на 40 вольт – а это уже совсем другое дело! Эти сборки должны стоять на канале +12в и +5в. Канал +3.3в может быть выполнен двумя способами: либо на такой же сборке, или на транзисторе. Если стоит сборка, то ее меняем на нормальную, если транзистор, то оставляем все как есть.

Итак, бежим в магазин или на рынок и покупаем там 2 или 3 (в зависимости от БП) диодные сборки MOSPEC S30D40 (на канал +12 вольт S40D60 – последняя цифра D – напряжение – чем больше, тем на душе спокойнее или F12C20C – 200 вольт ) или аналогичные по характеристикам, 3 конденсатора 2200 мкф х 16вольт, 2 конденсатора 470 мкф х 200 вольт. Все эти детали стоят примерно 5-6$.

После того как мы все поменяли, БП будет выглядеть примерно так:

Рисунок 7

Рисунок 8 Дальнейшая доработка БП сводится к следующему… Как известно в БП каналы +5 вольт и +12 вольт стабилизируются и управляются одновременно. При установленном +5 вольт реальное напряжение на канале +12 составляет 12,5 вольт. Если в компьютере сильная нагрузка по каналу +5 (система на базе AMD), то происходит падение напряжения до 4,8 вольт, при этом напряжение по каналу +12 становится равным 13 вольтам. В случае с системой на базе Pentium 4 сильнее нагружается канал +12 вольт и там все происходит наоборот. В силу того, что канал +5 вольт в БП выполнен гораздо качественнее, то даже дешевый блок будет без особых проблем питать систему на основе AMD. Тогда как энергопотребление Pentium 4 гораздо больше (особенно по +12 вольтам) и дешевый БП нужно обязательно дорабатывать.

Завышенное напряжение по каналу 12 вольт очень вредно для жестких дисков. В основном нагрев HDD происходит по причине повышенного напряжения (больше чем 12,6 вольт). Для того чтобы уменьшить напряжение 13 вольт достаточно в разрыв желтого провода, питающего HDD, впаять мощный диод, например КД213. В результате напряжение уменьшится на 0.6 вольт и составит 11.6 вольт – 12,4 вольт, что вполне безопасно для жесткого диска.

В результате мы получили нормальный БП, способный отдавать в нагрузку не меньше 250 вт (нормальных, не китайских!!), который к тому же станет гораздо меньше греться. Предупреждение!!! Все, что Вы будете делать со своим БП – Вы делаете на свой страх и риск! Если Вы не обладаете достаточной квалификацией и не можете отличить паяльник от вилки, то не читайте,что здесь написано и тем более не делайте!!!

Комплексное снижение шума у компьютеров

Как бороться с шумом? Для этого у нас должен быть правильный корпус с горизонтальным расположением блока питания (БП). Такой корпус имеет большие габариты, но гораздо лучше выводит излишнее тепло наружу, так как БП расположен над процессором. Имеет смысл поставить на процессор кулер с вентилятором размерами 80х80, например серии Titan. Как правило, большой вентилятор при одинаковой производительности с маленьким, работает на меньших оборотах и издает меньше шума. Следующим шагом станет понижение температуры процессора при простое или маленькой нагрузке.

Как известно, большую часть времени процессор компьютера простаивает в ожидании реакции пользователя или программ. В это время процессор просто зря гоняет пустые циклы и нагревается. Бороться с этим явлением призваны программы охладители или софт-кулеры. В последнее время эти программы даже стали встраивать в БИОС материнской платы (например, EPOX 8KRAI) и в операционную систему Windows XP. Одна из наиболее простых и эффективных программ – это VCOOL. Эта программа при работе процессора AMD выполняет процедуру Bus disconnect – отключение шины процессора при простое и снижение тепловыделения. Поскольку простой процессора занимает 90% времени, то охлаждение будет очень существенное.

Рисунок 9 Желтый провод от кулера можно оставить в разъеме и вставить в материнскую плату, что бы мониторились обороты вентилятора. Таким образом, мы получаем 7 вольт на кулере (разница между +5 и +12 вольт составляет 7 вольт). Что бы получить 5 вольт на кулере достаточно присоединить только красный провод кулера к красному проводу БП, а два оставшихся провода оставить в кулерном разъеме.

Таким образом, мы получили процессорный кулер со сниженными оборотами и низким шумом. При значительном снижении шума теплоотведение от процессора не снижается или снижается незначительно.

Очевидно, что один общий радиатор для трех шин питания слишком мал. И если при работе вентилятора на больших оборотах радиатор еще нормально охлаждается, то при снижении оборотов происходит перегрев. Что делать? Разумно было бы увеличить размер радиатора или вообще разделить шины питания по разным радиаторам. Последним мы и займемся.

Для отделения от основного радиатора был выбран канал +3.3в., собранный на транзисторе. Почему не +5в? Сначала так было и сделано, но обнаружились пульсации напряжения (сказалось влияние проводов, которыми были удлинены выводы диодной сборки +5в). Так как канал +3.3в. питается от +5в., то пульсаций уже нет.

Для радиатора была выбрана алюминиевая пластина размером 10х10 см, к которой был прикручен транзистор канала +3.3в. Выводы транзистора были удлинены толстым проводом длиной 15 см. Сама пластина была прикручена через изолирующие втулки к верхней крышке БП. Важно, чтобы пластина радиатора не соприкасалась с крышкой БП и радиаторами силовых диодов и транзисторов.

Рисунок 10

Рисунок 11

Рисунок 12

Рисунок 13

Рисунок 14 После такой доработки можно смело ставить вентилятор БП на +5 вольт. Видеокарта. Здесь нужен более точный подход. Если у вас видеокарта класса GeForce2 MX400, то в большинстве случаев ей кулер вообще не нужен (что, кстати, многие производители и делают – вообще не ставят кулер). То же самое относится к видеокартам GeForce 4 MX440, Ati Radeon 9600 – здесь достаточно пассивного радиатора. В случае других видеокарт, подход может быть аналогичным вышесказанному – перевод питания вентилятора на 7 вольт.

Подведем некоторый итог. Мы рассмотрели меры для снижения шума и тепловыделения системы на основе процессора AMD. Для примера приведу следующие данные. В настоящий момент эта статья пишется на весьма мощном компьютере AMD Athlon XP 3200+, с 512 мб ОЗУ, видеокартой GeForce 4 mx440, Hdd WD 120 gb 7200,CD-RW и имеет температуру процессора 38С, температуру внутри корпуса 36С, температуру внутри БП, измеренную цифровым термометром на радиаторах силовых диодов – 52С, жесткий диск просто холодный. Максимальная температура процессора при одновременном тесте 3DMark и запуске cpuburn составила 68С после 3 часов работы. При этом вентилятор БП подключен на 5 вольт, вентилятор процессора с кулером TITAN подключен на 5 вольт постоянно, видеокарта вентилятора не имеет. В таком режиме компьютер работает без каких либо сбоев в течение 6 месяцев, при температуре в комнате 24С. Таким образом, мощный компьютер имеет всего два вентилятора (работающих на низких оборотах), стоит под столом и его практически не слышно.

P.S. Возможно летом (в комнате будет +28) потребуется поставить дополнительный корпусной вентилятор (с питанием +5в, так сказать – для спокойствия…), а может быть и нет, поживем – увидим…

Предупреждение!

Если Вы не обладаете достаточной квалификацией, а Ваш паяльник размерами похож на топор, то не читайте данную статью и тем более не следуйте советам ее автора.

Саша Черный. Связаться с автором можно по почте

Зарядное устройство из БП ноутбука

Для изготовления зарядного устройства из модуля питания ноутбука необходимо лишь понизить его напряжение питания. Существует два способа изготовления ЗУ.

Без переделки

Это самый простой вариант. Последовательно с АКБ к блоку питания подключают мощный балласт (резистор r43 или лампу от фары). Они будут служить ограничителями тока.

Любой балласт включают в разрыв плюсового провода. Один его конец подсоединяют к положительному выходу ЗУ, а другой к клемме «+» аккумулятора. Минусовой провод подключают напрямую.

Такой метод подключения опасен. При достаточно большом протекающем токе лампа может взорваться и поранить окружающих.

С переделкой блока питания

Второй способ не опасен, но требует знаний радиотехники и отнимет больше времени. Необходимо изменить электронную схему БП, чтобы напряжение на его выходе составило 14,4-14,6 В.

Блок питания.

Для этого потребуются:

• блок питания ноутбука с рабочим током 4 А или более;
• паяльник мощностью 25-60 ватт;
• тестер или мультиметр;
• провода толстые и тонкие;
• вольтамперметр;
• переменное или подстроечное сопротивление 18-24 кОм и несколько резисторов для настройки (1-10 кОм).

Изготовление ЗУ:

1. Разбирают корпус БП. Это пластиковая коробка, склеенная из двух половин. Чтобы не пораниться при вскрытии, осторожно разрезают ее по периметру лезвием.
2. Освобождают плату от изолирующих элементов и экрана из медной фольги, если он есть.
3. Находят «восьминогую» микросхему (например,TEA1761). Она часто расположена недалеко от выходного разъема.
4. Отпаивают резисторы, размещенные между ножкой 6 этой микросхемы и дорожкой +19 вольт.
5. Вместо них припаивают два провода, к которым подсоединяют переменный резистор 18-24 кОм. Его движок ставят в среднее положение.
6. Припаивают к выходу БП 2 толстые шины для подсоединения батареи и 2 тонких провода для подсоединения к вольтамперметру.

Кстати, почитайте эту статью тоже: Adobe Application Manager отсутствует или повреждено — что делать

Распиновка основного коннектора БП

Для проведения ремонта нам также понадобится знать распиновку главного штекера БП (main power connector), она показана ниже.

Штекеры БП: А – старого образца (20pin), В – нового (24pin)

Для запуска блока питания необходимо провод зеленого цвета (PS_ON#) соединить с любым нулевым черного цвета. Сделать это можно при помощи обычной перемычки. Заметим, что у некоторых устройств цветовая маркировка может отличаться от стандартной, как правило, этим грешат неизвестные производители из поднебесной.

Правила эксплуатации автоаккумулятора

Для поддержания автоаккумулятора в работоспособном состоянии недостаточно подготовить надежное зарядное устройство. Дополнительно выполняются и такие рекомендации:

• Постоянная поддержка заряда. Аккумуляторный источник постоянно подзаряжается. При перемещении заряд поступает от генератора и других узлов автотранспорта. Если техника не эксплуатируется, то для восстановления заряда применяют ЗУ, как стационарного, так и портативного типа. Если батарея полностью разряжается, то специалисты рекомендуют проводить стремительное восстановление. В противном случае, запуститься процесс сульфатации свинцовых пластин.
• Пределы напряжения (около 14 В). Напряжение, которое подается генератором, не должно чрезмерно превышать этот параметр. При этом не имеет особого значения тот факт, какой именно режим запущен. Если мотор не функционирует, то напряжение может снижаться до 12,6–13 В. При таких показателях применяют ЗУ с соответствующими параметрами и индикаторами.
• Отключение потребителей при неработающем моторе. Если зажигание отключено, то и все устройства, фары отключаются. В противном случае, источник питания достаточно быстро потеряет заряд.
• Подготовка автоаккумулятора. Перед восстановлением заряда с аккумуляторной батареи удаляют подтеки электролитического состава, пыль. Токопроводящие выводы очищаются от окислов, налета. Перед подачей напряжения тщательно проверяются соединения и провода. Ведь даже минимальные смещения провоцируют нарушения, проблемы.
• В зимний период источник перемещают в теплое помещение. Ведь при отрицательной температуре электролитический состав становится плотным, густым. Это провоцирует ухудшение прохождения заряда.

Как правильно зарядить АКБ самодельной зарядкой?

Аккумулятор отключают и снимают. Внимательно осматривают его на наличие дефектов, трещин, очищают от окисления контактов и различных видов загрязнений. Если повреждения велики, меняют батарею.

Затем в обслуживаемых АКБ определяют уровень электролита. Если он мал, доливают соответствующую жидкость – щелочь или дистиллированную воду.

Если неизвестно, насколько разряжен аккумулятор, спускают напряжение ЗУ до 11-12В и подсоединяют к нему батарею. При невыполнении этого условия может сработать защита или сгорит блок питания. Это происходит из-за того, что некоторые АКБ при сильной разрядке требуют большой ток.

⇡#Дежурное питание +5VSB

Описание компонентов блока питания было бы неполным без упоминания об источнике дежурного напряжения 5 В, который делает возможным спящий режим ПК и обеспечивает работу всех устройств, которые должны быть включены постоянно. «Дежурка» питается от отдельного импульсного преобразователя с маломощным трансформатором. В некоторых БП встречается и третий трансформатор, использующийся в цепи обратной связи для изоляции ШИМ-контроллера от первичной цепи основного преобразователя. В других случаях эту функцию выполняют оптопары (светодиод и фототранзистор в одном корпусе).

Трансформаторы (Corsair HX750i)

⇡#Фильтр ЭМП

Фильтр на входе БП служит для подавления двух типов электромагнитных помех: дифференциальных (differential-mode) – когда ток помехи течет в разные стороны в линиях питания, и синфазных (common-mode) – когда ток течет в одном направлении.

Дифференциальные помехи подавляются конденсатором CX (крупный желтый пленочный конденсатор на фото выше), включенным параллельно нагрузке. Иногда на каждый провод дополнительно вешают дроссель, выполняющий ту же функцию (нет на схеме).

Фильтр синфазных помех образован конденсаторами CY (синие каплевидные керамические конденсаторы на фото), в общей точке соединяющими линии питания с землей, и т.н. синфазным дросселем (common-mode choke, LF1 на схеме), ток в двух обмотках которого течет в одном направлении, что создает сопротивление для синфазных помех.

Схема фильтра электромагнитных помех

В дешевых моделях устанавливают минимальный набор деталей фильтра, в более дорогих описанные схемы образуют повторяющиеся (полностью или частично) звенья. В прошлом нередко встречались БП вообще без фильтра ЭМП. Сейчас это скорее курьезное исключение, хотя, покупая совсем дешевый БП, можно, все-таки нарваться на такой сюрприз. В результате будет страдать не только и не столько сам компьютер, сколько другая техника, включенная в бытовую сеть, – импульсные БП являются мощным источником помех.

В районе фильтра хорошего БП можно обнаружить несколько деталей, защищающих от повреждения само устройство либо его владельца. Почти всегда есть простейший плавкий предохранитель для защиты от короткого замыкания (F1 на схеме). Отметим, что при срабатывании предохранителя защищаемым объектом является уже не блок питания. Если произошло КЗ, то, значит, уже пробило ключевые транзисторы, и важно хотя бы предотвратить возгорание электропроводки. Если в БП вдруг сгорел предохранитель, то менять его на новый, скорее всего, уже бессмысленно.

Отдельно выполняется защита от кратковременных скачков напряжения с помощью варистора (MOV – Metal Oxide Varistor). А вот никаких средств защиты от длительного повышения напряжения в компьютерных БП нет. Эту функцию выполняют внешние стабилизаторы со своим трансформатором внутри.

Фильтр электромагнитных помех (Antec VP700P)

Конденсатор в цепи PFC после выпрямителя может сохранять значительный заряд после отключения от питания. Чтобы беспечного человека, сунувшего палец в разъем питания, не ударило током, между проводами устанавливают разряжающий резистор большого номинала (bleeder resistor). В более изощренном варианте – вместе с управляющей схемой, которая не дает заряду утекать при работе устройства.

Кстати, наличие фильтра в блоке питания ПК (а в БП монитора и практически любой компьютерной техники он тоже есть) означает, что покупать отдельный «сетевой фильтр» вместо обычного удлинителя, в общем-то, без толку. У него внутри все то же самое. Единственное условие в любом случае – нормальная трехконтактная проводка с заземлением. В противном случае конденсаторы CY, соединенные с землей, просто не смогут выполнять свою функцию.

Структурная схема

На рисунке показано изображение структурной схемы типичной для импульсных БП системных блоков.

Устройство импульсного БП ATX

Указанные обозначения:

• А – блок сетевого фильтра;
• В – выпрямитель низкочастотного типа со сглаживающим фильтром;
• С – каскад вспомогательного преобразователя;
• D – выпрямитель;
• E – блок управления;
• F – ШИМ-контроллер;
• G – каскад основного преобразователя;
• H – выпрямитель высокочастотного типа, снабженный сглаживающим фильтром;
• J – система охлаждения БП (вентилятор);
• L – блок контроля выходных напряжений;
• К – защита от перегрузки.
• +5_SB – дежурный режим питания;
• P.G. – информационный сигнал, иногда обозначается как PWR_OK (необходим для старта материнской платы);
• PS_On – сигнал управляющий запуском БП.

⇡#Основной преобразователь

Общий принцип работы для всех импульсных БП изолированной топологии (с трансформатором) один: ключевой транзистор (или транзисторы) создает переменный ток на первичной обмотке трансформатора, а ШИМ-контроллер управляет скважностью их переключения. Конкретные схемы, однако, различаются как по количеству ключевых транзисторов и прочих элементов, так и по качественным характеристикам: КПД, форма сигнала, помехи и пр. Но здесь слишком многое зависит от конкретной реализации, чтобы на этом стоило заострять внимание. Для интересующихся приводим набор схем и таблицу, которая позволит по составу деталей опознавать их в конкретных устройствах.

Помимо перечисленных топологий, в дорогих БП встречаются резонансные (resonant) варианты Half Bridge, которые легко опознать по дополнительному крупному дросселю (или двум) и конденсатору, образующим колебательный контур.

⇡#Блок активного PFC

В цепи переменного тока с линейной нагрузкой (как, например, лампа накаливания или электроплитка) протекающий ток следует такой же синусоиде, как и напряжение. Но это не так в случае с устройствами, имеющими входной выпрямитель, – такими как импульсные БП. Блок питания пропускает ток короткими импульсами, примерно совпадающими по времени с пиками синусоиды напряжения (то есть максимальным мгновенным напряжением), когда подзаряжается сглаживающий конденсатор выпрямителя.

Потребление тока импульсным БП

Сигнал тока искаженной формы раскладывается на несколько гармонических колебаний в сумме с синусоидой данной амплитуды (идеальным сигналом, который имел бы место при линейной нагрузке).

Мощность, используемая для совершения полезной работы (которой, собственно, является нагрев компонентов ПК), указана в характеристиках БП и называется активной. Остальная мощность, порождаемая гармоническими колебаниями тока, называется реактивной. Она не производит полезной работы, но нагревает провода и создает нагрузку на трансформаторы и прочее силовое оборудование.

Векторная сумма реактивной и активной мощности называется полной мощностью (apparent power). А отношение активной мощности к полной называется коэффициентом мощности (power factor) – не путать с КПД!

У импульсного БП коэффициент мощности изначально довольно низкий – около 0,7. Для частного потребителя реактивная мощность не составляет проблемы (благо она не учитывается электросчетчиками), если только он не пользуется ИБП. На бесперебойник как раз таки ложится полная мощность нагрузки. В масштабе офиса или городской сети избыточная реактивная мощность, создаваемая импульсными БП уже значительно снижает качество электроснабжения и вызывает расходы, поэтому с ней активно борются.

Электрическая схема и потребление тока блоком Active PFC

В частности, подавляющее большинство компьютерных БП оснащаются схемами активной коррекции фактора мощности (Active PFC). Блок с активным PFC легко опознать по единственному крупному конденсатору и дросселю, установленным после выпрямителя. В сущности, Active PFC является еще одним импульсным преобразователем, который поддерживает на конденсаторе постоянный заряд напряжением около 400 В. При этом ток из питающей сети потребляется короткими импульсами, ширина которых подобрана таким образом, чтобы сигнал аппроксимировался синусоидой – что и требуется для имитации линейной нагрузки. Для синхронизации сигнала потребления тока с синусоидой напряжения в контроллере PFC имеется специальная логика.

Схема активного PFC содержит один или два ключевых транзистора и мощный диод, которые размещаются на одном радиаторе с ключевыми транзисторами основного преобразователя БП. Как правило, ШИМ-контроллер ключа основного преобразователя и ключа Active PFC являются одной микросхемой (PWM/PFC Combo).

Блок Active PFC и входной выпрямитель (Antec VP700P)

Коэффициент мощности у импульсных блоков питания с активным PFC достигает 0,95 и выше. Кроме того, у них есть одно дополнительное преимущество – не требуется переключатель сети 110/230 В и соответствующий удвоитель напряжения внутри БП. Большинство схем PFC переваривают напряжения от 85 до 265 В. Кроме того, снижается чувствительность БП к кратковременным провалам напряжения.

Кстати, помимо активной коррекции PFC, существует и пассивная, которая подразумевает установку дросселя большой индуктивности последовательно с нагрузкой. Эффективность ее невелика, и в современном БП вы такое вряд ли найдете.