Блок питания для компьютера: принцип работы, принципиальная схема и проверка его работоспособности

Обновлено: 04.05.2024

Сегодня комплектующие для десктопного ПК устаревают очень быстро. Единственным исключением является блок питания (БП). Конструкция этого устройства не претерпела серьезных изменений за последние 15 лет, когда на рынке появились БП форм-фактора ATX. Принцип работы и принципиальная схема блока питания для компьютера мало чем отличаются у всех производителей.

Структура и принцип работы

Типовая схема компьютерного блока питания стандарта ATX показана ниже. По своей конструкции это классический БП импульсного типа, основанный на ШИМ-контроллере TL 494. Сигнал к началу работы этого элемента поступает с материнской платы. До формирования управляющего импульса активным остается лишь источник дежурного питания, выдающий напряжение в 5 В.

Выпрямитель и ШИМ-контроллер

Чтобы было проще разобраться с устройством блока питания компьютера и принципом его работы, нужно рассмотреть отдельные структурные элементы. Начать стоит с сетевого выпрямителя.

Основная задача этого блока заключается в преобразовании переменного сетевого электротока в постоянный, который необходим для функционирования ШИМ-контроллера, а также дежурного источника питания. В состав блока входит несколько основных деталей:

Предохранитель F1 - необходим для защиты БП от перегрузки.
Терморезистор - он расположен в магистрали «нейтраль» и призван снижать скачки электротока, возникающие в момент включения ПК.
Фильтр помех - в его состав входят дроссели L1 и L2, конденсаторы C1- C4, а также Tr1, имеющие встречную обмотку. Этот фильтр позволяет подавлять помехи, неизбежно возникающие при работе импульсного БП, могут негативно воздействовать на работу теле- и радиоаппаратуры.
Диодный мостик - находится сразу за фильтром помех и позволяет преобразовать переменный электроток в постоянный пульсирующий. Для сглаживания пульсаций предусмотрен емкостно-индукционный фильтр.

На выходе из сетевого выпрямителя напряжение присутствует до того момента, пока БП не будет отключен от розетки. При этом ток поступает на дежурный источник питания и ШИМ-контроллер. Именно первый структурный элемент схемы представлен на рисунке.

Он представляет собой преобразователь малой мощности импульсного типа. В его основе лежит транзистор Т11, задачей которого является генерация питающих импульсов для микросхемы 7805.

После транзистора ток сначала проходит через разделительный трансформатор и выпрямитель, основанный на диоде D 24. Используемая в этом БП микросхема обладает одним довольно серьезным недостатком - высоким падением напряжения, что при больших нагрузках может вызвать перегрев элемента.

Основой любого преобразователя импульсного типа является ШИМ-контроллер. В рассматриваемом примере он реализован с помощью микросхемы TL 494. Основная задача модуля ШИМ (широтно-импульсная модуляция) заключается в изменении длительности импульсов напряжении при сохранении их амплитуды и частоты. Полученное выходное напряжение на импульсном преобразователе стабилизируется с помощью настройки длительности импульсов, которые генерирует ШИМ-контроллер.

Выходные каскады преобразователя

Именно на этот элемент конструкции ложится основная нагрузка. Это приводит к серьезному нагреву коммутирующих транзисторов Т2 и Т4. По этой причине они установлены на массивные радиаторы. Однако пассивное охлаждение не всегда позволяет справляться с сильным тепловыделением, все БП оснащены кулером. Схема выходного каскада изображена на рисунке.

Перед выходным каскадом расположена цепь включения БП, основанная на транзисторе Т9. При пуске блока питания на этот элемент конструкции напряжение в 5 В подается через сопротивление R 8. Это происходит после формирования сигнала к пуску ПК на материнской плате. Если возникли проблемы с работой источника дежурного питания, то БП может после пуска сразу отключиться.

Сейчас все производители используют практически аналогичные схемы блоков питания компьютеров. Вносимые ими изменения не оказывают серьезного влияния на принцип работы устройства.

Распиновка главного коннектора

Сначала БП форм-фактора ATX для соединения с системной платой оснащались разъемом на 20 пин. Однако совершенствование вычислительной техники привело к необходимости использовать дополнительно еще 4 контакта. Современные блоки питания могут оснащаться 24-пиновым разъемом в одном корпусе или иметь 20+4 пин. Все контакты коннекторов стандартизованы и вот основные из них:

+3,3 В - питание материнской платы и центрального процессора.
+5 В - напряжение необходимо для работы некоторых узлов системной платы, винчестеров и внешних устройств, подключенных к портам USB.
+12 В - управляемое напряжение, используемое HDD и кулерами.
-5 В - начиная с версии ATX 1.3 не используется.
-12 В - сегодня применяется крайне редко.
Ground - масса.

Распределение нагрузки и возможные неисправности

Напряжение, выдаваемое источником питания, предназначено для различных нагрузок. Таким образом, в зависимости от конфигурации конкретного ПК, потребление энергии в каждой цепи источника питания может меняться. Именно поэтому в технических характеристиках БП указывается не только общая мощность устройства, но и максимальное потребление электротока для каждого типа выходного напряжения.

При апгрейде «железа» ПК следует помнить об этом факте. Например, установка мощного современного видеоускорителя приводит к резкому повышению нагрузки в цепи 12 В. Чтобы ПК работал корректно, возможно потребуется и замена блока питания. Чаще всего неполадки с работой БП связаны со старением элементов его конструкции либо существенным недостатком мощности.

Не стоит забывать и о том, что перегрев выходного каскада может быть связан с накоплением большого количества пыли внутри блока питания. Электролитические конденсаторы, установленные в сетевом выпрямителе и выходных каскадах, больше других деталей склонны к старению.

В первую очередь это касается продукции малоизвестных брендов, использующих дешевые комплектующие. По сути, именно элементная база и качество деталей отличает хорошие устройства от дешевых. Провести ремонт БП самостоятельно может только человек, имеющий определенный набор знаний в области электроники. Однако современные устройства, изготовленные известными брендами, отличаются высокой надежностью. При соблюдении правил обслуживания ПК, проблемы с ними возникают очень редко.

Через переходные конденсаторы С5, С6 и ограничительные резисторы R5, R7 в базу ключевых транзисторов поступают управляющие сигналы, режекторная цепь R4C4 предотвращает проникновение импульсных помех в переменную электрическую сеть. Расположение элементов на плате Для начала взгляните на картинку, на ней подписаны все узлы блока питания, далее мы кратко рассмотрим их предназначение.

Структурная схема блока питания компьютера Схема блока питания компьютера кликните для увеличения. Управляющие импульсы на транзисторы преобразователя поступают через согласующий трансформатор Т2.

В случае их наличия заменить микросхему U4.
Зарядное устройство из компьютерного блока питания (ПОДРОБНО).

Все эти показатели изменяются из-за нестабильного напряжения, температуры и загруженности выхода преобразователя. Конечно, блоки питания современной аппаратуры хоть и имеют общие принципы работы, но схемотехнически отличаются достаточно сильно.

Проверить наличие на контакте PS-ON потенциала корпуса нуля , исправность микросхемы U4 и элементов ее обвязки.

Это связано с маленькой емкостью фильтра сетевого напряжения и в момент падения напряжения повышается ток ККМ, и в этот момент включается защита от короткого замыкания. Импульсный ток, возникающий в процессе заряда конденсаторов, установленных на входе, может стать причиной пробоя диодного моста; Дисковый термистор обозначен красным тестируем диоды или диодный мост на выходном выпрямителе, в них не должно быть обрыва и КЗ.

В этих БП используют специальный дроссель с индуктивностью выше чем на входе.

Это быстродействующие диоды с малым падением напряжения. Если БП, подключенный только к материнской плате не заработал, следует продолжить поиск неисправности и определить, какое из этих устройств неисправно.

Автомобильное зарядное из компьютерного блока питания ATX DELUX без схемы

Отзывы о сервисе

Работа источника питания. Отказ выходных транзисторов импульсного преобразователя чаще всего является следствием их длительного перегрева, вызванного перегрузкой или недостаточным охлаждением. Варисторы V3, V4 ограничивают выпрямленное напряжение при бросках сетевого напряжения выше принятых пределов. Схема выходного каскада изображена на рисунке.

Если напряжения в пределах нормы.

Понятное дело, что каждый день появляются все более новые и актуальные варианты, поэтому постараемся оперативно пополнять сборник схем более новыми вариантами.

Именно первый структурный элемент схемы представлен на рисунке.

Возможные неисправности БП Использование в течение многих лет отработанной схемы импульсного преобразователя позволило сделать ее крайне надежной. Этот фильтр позволяет подавлять помехи, неизбежно возникающие при работе импульсного БП, могут негативно воздействовать на работу теле- и радиоаппаратуры.

Сетевые фильтры, собранные по такой схеме, устанавливают в обязательном порядке во всех изделиях, в которых блок питания выполнен без силового трансформатора, в телевизорах, видеомагнитофонах, принтерах, сканерах и др. PS-ON Включение блока питания при замыкании вывода на массу.

Начальный ток затвора транзистора Q1 создается резистором R11R
переделка однотактного блока питания компьютера подробно

Проверка БП компьютера измерением величины сопротивления выходных цепей При ремонте БП некоторые виды его неисправности можно определить путем измерения омметром величины сопротивления между общим проводом GND черного цвета и остальными контактами выходных разъемов.

Главным достоинством являются высокие показатели КПД усилителей мощности и широкие возможности в использовании. Кроме основного контактного разъёма питания из блока выходят провода с колодками для подключения напряжения к жесткому диску, оптическому приводу SATA и MOLEX, дополнительное питание процессора, видеокарты, питание для флоппи-дисковода. Это снизит уровень шума, но не стоит так делать, если блок питания нагружен полностью.

Этот блок отвечает за управление силовыми транзисторами 4 блок , стабилизацию напряжения с помощью обратной связи , защиту от КЗ. Стабилизация выходных параметров устройства осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции управляющих сигналов. Если возникли проблемы с работой источника дежурного питания, то БП может после пуска сразу отключиться.

Вторая половина моста образована конденсаторами С1, С2, создающими делитель выпрямленного напряжения. Поэтому большинство неисправностей БП персональных компьютеров связаны либо со старением его компонентов, либо со значительными отклонениями питания или нагрузки от номинальных параметров. Двухзвенный фильтр выходного напряжения состоит из конденсатора С15, дросселя L3 и конденсатора С Это один из самых не надежных узлов блока питания и ремонтировать его сложно.

Установка компьютерного блока питания в корпус системного блока Для этого засовываете его в верхнюю часть системного блока, и затем фиксируете тремя или четырьмя винтами к тыловой панели системного блока. Возможные неисправности БП Использование в течение многих лет отработанной схемы импульсного преобразователя позволило сделать ее крайне надежной. По бокам тоже бывают наклейки, мешающие снять крышку, их нужно прорезать по линии сопряжения деталей корпуса БП.

Резистор R67 — нагрузка делителя. Диодный мостик — находится сразу за фильтром помех и позволяет преобразовать переменный электроток в постоянный пульсирующий. Такая упрощенная схема БП с использованием контроллера широтно-импульсной модуляции показана на следующем рисунке. В отличие от линейных, импульсные блоки питания компактнее и обладают высоким КПД и меньшими тепловыми потерями.

Если же отсутствует напряжение только на одном из управляемых силовых выходов, стоит в первую очередь обратить внимание на выпрямительный диод и фильтрующий конденсатор этой цепи. Неисправности компьютерного блока питания и способы их диагностирования и ремонта Приступая к поиску неисправности рекомендуется ознакомится со схемой компьютерного БП. Ground Масса. У него 20 выводов, на современных материнских платах подключается дополнительных 4 вывода. Но, из-за дороговизны, эти комплектующие могут отсутствовать.

Отрицательные напряжения -5 и В раз в десять слабее основных плюсовых, поэтому там стоят простые 2-х амперные диоды без радиаторов. Простой пример, если произошла утечка тока и человек дотронулся до корпуса системного блока его ударило бы током, но благодаря блоку питания этого не происходит. Единственная микросхема способна выполнять роль преобразователя и корректора КМ, что сокращает общее количество элементов в схеме БП. Кроме основного контактного разъёма питания из блока выходят провода с колодками для подключения напряжения к жесткому диску, оптическому приводу SATA и MOLEX, дополнительное питание процессора, видеокарты, питание для флоппи-дисковода.
как сделать лабораторный блок питания и зарядник из компьютерного блока питания АТХ ч.1

Что это такое

При этом на микросхеме U3 выв. В каждом блоке питания перед получением разрешения на запуск системы выполняется внутренняя проверка и тестирование выходного напряжения.

Не стоит забывать и о том, что перегрев выходного каскада может быть связан с накоплением большого количества пыли внутри блока питания. Подайте на блок сетевое питание.

Выходные каскады преобразователя Именно на этот элемент конструкции ложится основная нагрузка.

Проверка работоспособности К компьютеру ИП подключается через стандартизированный разъём, он универсален в большинстве блоков, за исключением специализированных источников питания, которые могут использовать ту же клеммную колодку, но с иной распиновкой, давайте рассмотрим стандартный разъём и назначение его выводов. При ремонте блока питания АТХ обязательно понадобится цветовая маркировка выходящих из него проводов. Неисправности компьютерного блока питания и способы их диагностирования и ремонта Приступая к поиску неисправности рекомендуется ознакомится со схемой компьютерного БП.

Структурная схема

Как правило, их неисправность может быть обнаружена путем визуального осмотра. Плюс кулера к желтому проводу, а минус к красному. Еще лучше найти автомобильные или мотоциклетные 6В лампы накаливания и подключить несколько штук параллельно. В случае исправности элементов обвязки заменить U4.

На противоположный вход усилителя выв. Проверка блока питания Хотя импульсный БП и не относится к числу радиоэлектронных схем начального уровня, его диагностика и ремонт своими руками доступны многим людям, имеющим базовые знания и навыки в области радиоэлектроники. PS-ON Включение блока питания при замыкании вывода на массу. Включайте неизвестные блоки питания через лампочку, чтобы не повредить проводку и дорожки печатной платы.

Cхемы компьютерных блоков питания ATX

При этом через диод D5, подключенный к этой обмотке, заряжается конденсатор С7, и происходит намагничивание трансформатора. Ground Масса. При проверке блока желательно его отключить от материнской платы, это предотвратит превышение напряжений выше номинальных если блок всё же не исправен.

Фильтры этих источников -L6. В случае их выхода за эти пределы более чем на мкс на выходе 3 микросхемы U4 устанавливается высокий уровень напряжения, и источник питания выключается по входу 4 микросхемы U3. Такие модели более комфортны в использовании, поскольку создают меньше шума при малых нагрузках. Аналогичная ситуация возникает в условиях аварийной эксплуатации блока питания, связанной с короткими замыканиями в нагрузке, контроль которых осуществляется специальной схемой контроля.
КАК СДЕЛАТЬ РЕГУЛИРУЕМЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ СВОИМИ РУКАМИ

Если блок питания вашего компьютера вышел из строя, не спешите расстраиваться, как показывает практика, в большинстве случаев ремонт может быть выполнен своими силами. Прежде чем перейти непосредственно к методике, рассмотрим структурную схему БП и приведем перечень возможных неисправностей, это существенно упростит задачу.

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.

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)

Нагрузка на БП

Необходимо предупредить, что включение импульсных БП без нагрузки существенно сокращает их срок службы и даже может стать причиной поломки. Поэтому мы рекомендуем собрать простой блок нагрузок, его схема показана на рисунке.

Схема блока нагрузки

Схему желательно собирать на резисторах марки ПЭВ-10, их номиналы: R1 - 10 Ом, R2 и R3 - 3,3 Ом, R4 и R5 - 1,2 Ом. Охлаждение для сопротивлений можно выполнить из алюминиевого швеллера.

Подключать в качестве нагрузки при диагностике материнскую плату или, как советуют некоторые «умельцы», HDD и СD привод нежелательно, поскольку неисправный БП может вывести их из строя.

Перечень возможных неисправностей

Перечислим наиболее распространенные неисправности, характерные для импульсных БП системных блоков:

перегорает сетевой предохранитель;
+5_SB (дежурное напряжение) отсутствует, а также больше или меньше допустимого;
напряжения на выходе блока питания (+12 В, +5 В, 3,3 В) не соответствуют норме или отсутствуют;
нет сигнала P.G. (PW_OK);
БП не включается дистанционно;
не вращается вентилятор охлаждения.

Методика проверки (инструкция)

После того, как блок питания снят с системного блока и разобран, в первую очередь, необходимо произвести осмотр на предмет обнаружения поврежденный элементов (потемнение, изменившийся цвет, нарушение целостности). Заметим, что в большинстве случаев замена сгоревшей детали не решит проблему, потребуется проверка обвязки.

Визуальный осмотр позволяет обнаружить «сгоревшие» радиоэлементы

Если таковы не обнаружены, переходим к следующему алгоритму действий:

проверяем предохранитель. Не стоит доверять визуальному осмотру, а лучше использовать мультиметр в режиме прозвонки. Причиной, по которой выгорел предохранитель, может быть пробой диодного моста, ключевого транзистора или неисправность блока, отвечающего за дежурный режим;

проверка дискового термистора. Его сопротивление не должно превышать 10Ом, если он неисправен, ставить вместо него перемычку крайне не советуем. Импульсный ток, возникающий в процессе заряда конденсаторов, установленных на входе, может стать причиной пробоя диодного моста;

тестируем диоды или диодный мост на выходном выпрямителе, в них не должно быть обрыва и КЗ. При обнаружении неисправности следует подвергнуть проверке установленные на входе конденсаторы и ключевые транзисторы. Поступившее на них в результате пробоя моста переменное напряжение , с большой вероятностью, вывело эти радиодетали из строя;

проверка входных конденсаторов электролитического типа начинается с осмотра. Геометрия корпуса этих деталей не должна быть нарушена. После этого измеряется емкость. Нормальным считается, если она не меньше заявленной, а расхождение между двумя конденсаторами в пределах 5%. Также проверке должны быть подвергнуты запаянные параллельно входным электролитам варисторы и выравнивающие сопротивления;

тестирование ключевых (силовых) транзисторов. При помощи мультиметра проверяем переходы база-эмиттер и база-коллектор (методика такая же, как при проверке диодов).

Если найден неисправный транзистор, то прежде, чем впаивать новый, необходимо протестировать всю его обвязку, состоящую из диодов, низкоомных сопротивлений и электролитических конденсаторов. Последние рекомендуем поменять на новые, у которых большая емкость. Хороший результат дает шунтирование электролитов при помощи керамических конденсаторов 0,1 мкФ;

Проверка выходных диодных сборок (диоды шоттки) при помощи мультиметра, как показывает практика, наиболее характерная для них неисправность - КЗ;

проверка выходных конденсаторов электролитического типа. Как правило, их неисправность может быть обнаружена путем визуального осмотра. Она проявляется в виде изменения геометрии корпуса радиодетали, а также следов от протекания электролита.

Не редки случаи, когда внешне нормальный конденсатор при проверке оказывается негодным. Поэтому лучше их протестировать мультиметром, у которого есть функция измерения емкости, или использовать для этого специальный прибор.

Заметим, что нерабочие выходные конденсаторы - самая распространенная неисправность в компьютерных блоках питания. В 80% случаев после их замены работоспособность БП восстанавливается;

проводится измерение сопротивления между выходами и нулем, для +5, +12, -5 и -12 вольт этот показатель должен быть в пределах, от 100 до 250 Ом, а для +3,3 В в диапазоне 5-15 Ом.

Доработка БП

В заключение дадим несколько советов по доработке БП, что позволит сделать его работу более стабильной:

во многих недорогих блоках производители устанавливают выпрямительные диоды на два ампера, их следует заменить более мощными (4-8 ампер);
диоды шоттки на каналах +5 и +3,3 вольт также можно поставить помощнее, но при этом у них должно быть допустимое напряжение, такое же или большее;
выходные электролитические конденсаторы желательно поменять на новые с емкостью 2200-3300 мкФ и номинальным напряжением не менее 25 вольт;
бывает, что на канал +12 вольт вместо диодной сборки устанавливаются спаянные между собой диоды, их желательно заменить на диод шоттки MBR20100 или аналогичный;
если в обвязке ключевых транзисторов установлены емкости 1 мкФ, замените их на 4,7-10 мкФ, рассчитанные под напряжение 50 вольт.

Такая незначительная доработка позволит существенно продлить срок службы компьютерного блока питания.

Читайте также: