Конструктивные особенности

Типичное расположение компонентов в реальном блоке питания показано на примере блока Macropower MP-300AR (в большинстве блоков других моделей никаких существенных отличий не будет): питающее напряжение 220В проходит через двух- или трехзвенный фильтр, защищающий другие включенные в сеть устройства от создаваемых блоком питания помех. Большинство БП имеют переключатель с напряжения 120 В (США) на 240 В (европейские страны) и могут поддерживать две основные частоты переменного тока – 60 Гц и 50 Гц.

Фильтр

Схема классического двухзвенного фильтра, используемого в большинстве блоков питания, представлена на рисунке. Как известно, помехи бывают двух видов:

• дифференциальные (между двумя проводами питания)- ток помехи в проводах питания течет в разные стороны
• синфазные помехи (между проводами питания и землей) – ток в проводах течет в одну сторону.

Дифференциальные помехи в этой схеме легко подавляются дросселями Ld и конденсатором Cx – при прохождении высокочастотной помехи сопротивление первых для нее велико, а второго – наоборот, мало. Синфазные помехи отчасти гасит дроссель Lc, обмотки которого намотаны так, что дроссель образует большое сопротивление для синфазных помех, однако этого недостаточно, и для эффективного подавления синфазных помех устанавливаются два конденсатора C y , точка соединения которых подключается к корпусу БП– и к заземлению, если таковое присутствует.

Очевидно, если корпус компьютера не заземлен, то благодаря конденсаторам на нем будет присутствовать половина сетевого напряжения (110В). Взявшись одной рукой за любой заземленный предмет (например, за батарею отопления), а другой – за корпус компьютера, можно почувствовать легкое щекотание током. Впрочем, емкость этих конденсаторов весьма мала, а потому максимальный протекающий ток ничтожен – и не представляет для человека никакой опасности. Некоторую опасность он представляет для различной периферии – если при подключении, скажем, LPT-принтера к незаземленному компьютеру последний не выключен из розетки, то может оказаться так, что на сигнальных контактах LPT-разъема принтера окажутся те самые 110В, а это уже может привести к выходу LPT-порта принтера или компьютера из строя.

Впрочем, для борьбы с этим необязательно все заземлять – достаточно будет того, чтобы были надежно электрически соединены корпуса всех устройств, а это достигается, например, включением их в один удлинитель с трех контактными розетками – именно через "земляной" контакт розеток они окажутся соединенными, а тогда портам ничто не грозит. Также ничто не угрожает и портам, рассчитанным на "горячее" подключение (например, FireWire и USB) – конструкция их разъемов такова, что "земляные" контакты в них всегда замыкаются первыми, обеспечивая надежное соединение корпусов устройств.

Иногда возможен пробой одного из конденсаторов, то в таком случае на корпусе компьютера появится полное напряжение 220В. Однако в современных ПК в подобных схемах используются специальные высоковольтные самовосстанавливающиеся конденсаторы Y-класса с двойной изоляцией, предназначенные для схем, в которых пробой конденсатора недопустим по соображениям безопасности.

Единственный случай, когда заземление действительно оказывается необходимым – это когда компьютер создает помехи, действующие на окружающее оборудование (например, на радиоприемник или телевизор), ибо полностью избавиться от синфазных помех без заземления практически невозможно. Не помогут в этом случае и внешние сетевые фильтры – их схема совершенно аналогична приведенной выше, а потому без заземления не работают и они:

• если имеется электропроводка с земляным проводом, то для организации заземления достаточно использовать соответствующие шнуры питания;
• если ПК включен в старую двухпроводная электросеть, то следует обратиться за помощью к квалифицированным электрикам – самостоятельное обустройство заземления не только небезопасно (например, иногда встречается грубейшая ошибка – подключение "земли" компьютера к нулевому проводу в розетке: это абсолютно недопустимо ), но может и не дать ожидаемого эффекта, ибо для эффективного подавления помех заземление должно обладать как можно более низким сопротивлением.

В районе сетевого фильтра в блоке питания обычно располагается плавкий предохранитель и включенные параллельно конденсаторам C y варисторы (нелинейные резисторы, сопротивление которых резко уменьшается при превышении порогового напряжения). Пользователю следует помнить:

• предохранители не предназначены для зашиты БП от выхода из строя, предохранитель импульсного БП сгорает только после того, как вышли из строя ключевые транзисторы этого блока. Поэтому предохранитель защищает не блок от сгорания, а электрическую сеть – от последствий этого сгорания
• варисторами не способны защитить блок в случае сильного превышения напряжения сети над номиналом. На самом деле варисторы способны поглотить только достаточно кратковременные всплески напряжения, возникающие, например, в результате близкого удара молнии или подобных факторов.

Если нужна защита ПК именно от долговременного превышения напряжения, могущего возникнуть при замыканиях проводов воздушной проводки или же в результате ошибки электриков, то стоит обратить внимание на специализированные устройства, для которых такая защита заявлена производителем, например, на стабилизаторы APC Line-R и подобные. Никакой встроенной защиты от долговременного превышения сетевого напряжения в блоке питания нет – без внешнего защитного устройства в такой ситуации он просто выйдет из строя.

После фильтра напряжение поступает на выпрямитель D1 , а с него – на необязательную (но все чаще встречающуюся в новых блоках) схему коррекции фактора мощности (PFC – Power Factor Correction).

После дросселя групповой стабилизации на выходе БП стоят электролитические конденсаторы большой емкости (C3...C6 по приведенной выше схеме) и фильтрующие дроссели, предназначенные для сглаживания пульсации выходного напряжения на частоте работы ШИМ-стабилизатора и, соответственно, силового трансформатора. Несмотря на наличие дросселя групповой стабилизации, раздельные дроссели все же необходимы – благодаря маленькой индуктивности они хорошо подавляют высокочастотные помехи, которые дроссель групповой стабилизации, имеющий довольно большую индуктивность, пропускает.

Таким образом, двумя неотъемлемыми проблемами любого компьютерного БП являются зависимость каждого из выходных напряжений от нагрузки не только на соответствующую ему шину, но и на все остальные шины, а также наличие на выходе блока пульсаций с частотой работы ШИМ-стабилизатора, то есть, обычно, 60 кГц.

К этому производители блоков питания (как правило, нижней ценовой категории) добавляют свои собственные «доработки» от которых, в первую очередь, страдают номиналы деталей – так, в качестве диодных сборок на выходе силового трансформатора могут устанавливаться не только сборки, рассчитанные на ток меньше указанного на этикетке блока, но даже дискретные диоды (в качественных блоках используются только сборки, каждая из которых представляет из себя два диода в одном корпусе). Это зачастую приводит к тому, что при работе под полной нагрузкой БП просто выходит из строя в течение нескольких минут, тем более что обычно производитель заодно экономит и на размере радиаторов, на которые эти диоды устанавливаются.

Точно так же страдают и номиналы конденсаторов, и это тоже сказывается на работе БП при большой нагрузке – уменьшение емкостей входных конденсаторов приводит к ухудшению реакции блока на небольшие провалы входного напряжения, уменьшение емкости выходных – к увеличению размаха пульсаций на выходе блока питания.

Одновременно с уменьшением номиналов деталей внутри блока проявляются и внешние признаки удешевления – уменьшается количество выходных разъемов блока, а провода, на которых они расположены, уменьшаются в сечении с положенных 18 AWG до 20 AWG (чем больше цифра в системе маркировки AWG – тем меньше сечение провода). Последнее приводит к увеличению падения напряжения на проводах – и, следовательно, увеличению пульсаций напряжения непосредственно на разъемах питания потребителей, а также, в случае большой нагрузки, даже к заметному нагреву проводов.

Пока еще доработке не подвергаются фильтрующие дроссели – уменьшение их размеров не дает серьезной экономии в цене, поэтому до тех пор, пока производитель не посчитает их вообще лишними, дроссели в блоке присутствуют. Замена же их на перемычки приводит к увеличению уровня пульсаций на выходе БП(если это были выходные дроссели) или же к увеличению уровня помех, выдаваемых блоком питания в сеть 220В (если это были дроссели входного фильтра).

Одним же из наиболее запомнившихся методов удешевления блоков питания нижнего ценового диапазона, стало исполнение источника дежурного питания +5В в виде блокинг-генератора с электролитическим конденсатором в цепи обратной связи. В такой схеме, представляющей собой импульсный источник питания на базе блокинг-генератора, выходное напряжение определяется частотой импульсов, а она, в свою очередь, обратно пропорциональна емкости конденсатора в цепи обратной связи. Использование дешевых конденсаторов, рассчитанных на работу при температуре до 85 градусов, плюс очень тяжелый температурный режим работы «дежурки» (она работает непрерывно, в то время как охлаждающий БП вентилятор – только когда компьютер включен), характерный для наиболее дешевых блоков питания, приводили к тому, что примерно через полтора года эксплуатации БП конденсатор начинал высыхать, а емкость его – соответственно, уменьшаться. Одновременно с уменьшением емкости начинало расти выходное напряжение дежурного источника, а так как от него запитывается основной стабилизатор блока питания, то в один прекрасный момент это приводило к выходу основного стабилизатора из строя в момент включения компьютера, причем выход этот сопровождался выдачей по всем шинам питания завышенных в два-три раза напряжений. Разумеется, компьютер после такого фактически полностью выгорал, вплоть до визуально обнаруживаемого прогорания микросхем на материнской плате, в винчестере и так далее... Некоторые шансы сохранялись разве что у процессора и памяти – если выдерживали их собственные стабилизаторы, расположенные на материнской плате.

Со временем производители одумались и стали устанавливать в «дежурку» практически вечные пленочные конденсаторы вместо электролитических, благо емкость там требовалась небольшая – однако к этому моменту было выпущено уже достаточное количество таких «бомб замедленного действия», чтобы служить очень серьезным аргументом в пользу покупки более дорогих и качественных блоков питания, в которых столь сомнительные схемотехнические решения не применялись.

Пользователь всегда должен помнить о том, что дешевый БП «медленно убивает» жесткий диск :

• если дешевый БП сгорает и посылает импульс высокого напряжения на жесткий диск, то он убивает его не медленно, а практически мгновенно;
• если дешевый БП не сможет обеспечить достаточного уровня напряжения, диск просто не сможет нормально работать. Недостаточный уровень напряжения для питания жесткого диска приведет к его остановке и к прекращению работы компьютера. Даже если напряжение повысится до необходимого уровня, диск не заработает, и компьютер нужно будет перезагрузить. Раскрутка и остановка диска связаны с его перенастройкой.