Структура БП

Структура БП представлена на рисунке. Входное переменное напряжение U вх выпрямляется выпрямителем 1 в постоянное. Далее, при помощи преобразователя 2 напряжение преобразуется в импульсное. После чего, вновь проходит через преобразующий фильтр 4 и подается на выход Uвых. Контур обратной связи 5 состоит из множества управляющих и корректирующих цепей. Его работа - поддерживать выходное напряжение на необходимом уровне.

На рисунке приведена упрощенная блок-схема типичного компьютерного блока питания.

После схемы коррекции фактора мощности (или, в случае отсутствия таковой, напрямую с диодного моста) выпрямленное напряжение поступает на сглаживающие конденсаторы C1 и C2, а с них – на ключ (обычно он представляет собой два транзистора), управляющий силовым трансформатором T1. Типичная частота работы ключа в компьютерном блоке питания – 60 кГц.

Так как БП имеет до шести выходных напряжений (+12В, +5В, +3,3В, -5В, -12В и +5В дежурного режима), то в идеале необходимо реализовать шесть стабилизаторов. На практике же расположить в ограниченном объеме БП даже два раздельных мощных стабилизатора (скажем, для +5В и +3,3В), при этом, не подняв его стоимость в область астрономических величин, практически невозможно. Поэтому во всех современных блоках используется лишь один импульсный стабилизатор (на самом деле, вообще говоря, два – источник +5В дежурного режима представляет из себя совершенно независимый маломощный стабилизатор, но благодаря малой мощности (всего 10 Вт), его реализация особой сложности не представляет).

Все выходные напряжения, кроме +5В дежурного режима, снимаются с одного и того же трансформатора T1 (на блок-схеме для простоты показаны только два напряжения). Поэтому во всех современных блоках при управлении ключами используется не частотная модуляция (когда меняется частота переключения ключей), а широтно-импульсная, когда при неизменной частоте следования импульсов меняется их ширина. Чем больше ширина импульса, тем больше энергии закачивается в трансформатор за каждый период, и тем больше напряжение на его выходе.

Однако, если просто снимать сигнал обратной связи с одного из выходных напряжений, то блок будет стабилизировать только его. Например, пусть это будет +5В. Тогда при росте нагрузки на +5В напряжение на этом выходе начнет проседать, ШИМ-контроллер увеличит ширину импульсов, вытягивая его обратно на заданный уровень, поэтому все остальные напряжения также пойдут вверх. Для борьбы с этим эффектом используется сразу несколько решений:

• сигнал обратной связи снимается сразу с двух наиболее нагруженных выходных линий – с +12В и +5В, через резисторный делитель. Таким образом, качество стабилизации каждого из напряжений по отдельности ухудшается, однако стабилизатор БП реагирует на изменение нагрузки не по одному, а сразу по двум напряжениям – и в результате БП нормально работает при различных распределениях нагрузки между этими двумя шинами
• третья сильноточная шина, +3,3В, в большинстве блоков питания имеет собственный вспомогательный стабилизатор – так называемую схему на насыщаемом дросселе. Стабилизаторы на насыщаемом дросселе отличаются достаточно высоким КПД и при этом сравнительно неплохим коэффициентом стабилизации, хоть и не являются импульсными. Напряжение +3,3В получается с тех же обмоток трансформатора, что и +5В – лишние 1,7В гасятся на дросселе. Впрочем, встречаются и БП, в которых производитель пожелал сэкономить на вспомогательном стабилизаторе, намотав на силовом трансформаторе отдельную обмотку под напряжение 3,3В. Так как обратная связь на стабилизатор с этого напряжения не заводится, то его стабильность в таких блоках оставляет желать лучшего
• слаботочные шины (-12В и -5В), иногда снабжают обычными линейными стабилизаторами – благодаря маленьким токам нагрузки по этим шинам невысокий КПД таких стабилизаторов в общий КПД БП вклада почти не вносит. Впрочем, так чаще стабилизируется только -5В – ради экономии на обмотках трансформатора оно получается из -12В с помощью линейного стабилизатора, а так как в современных блоках питания это напряжение уже не требуется, то и линейные стабилизаторы из блоков исчезли совсем
• все выходные напряжения проходят через разные обмотки так называемого дросселя групповой стабилизации L 1 . Допустим, увеличилось потребление по +5В, ШИМ-стабилизатор отреагировал на это увеличением ширины импульсов, напряжение +5В вернулось в норму, но остальные напряжения, нагрузка по которым не увеличилась, слегка подросли – хоть для них и применяются описанные выше дополнительные меры по стабилизации, все же основное внимание уделяется напряжению +5В. Однако дроссель групповой стабилизации сконструирован так, что при увеличении тока через одну из обмоток напряжение, наведенное этим током в остальных обмотках, вычитается из соответствующих выходных напряжений. Поэтому в рассматриваемом случае за счет увеличившегося тока через обмотку, соответствующую +5В, в обмотках, соответствующих +12В и +3,3В, возникнут отрицательные напряжения – и эти напряжения увеличатся не так сильно, как увеличились бы в отсутствие дросселя групповой стабилизации.

Все эти меры приводят к тому, что блок обеспечивает не столь идеальную, как было бы в случае раздельных стабилизаторов на каждое напряжение, но в общем приемлемую для работы в широком диапазоне нагрузок стабилизацию всех выходных напряжений. Однако назвать ее более чем "приемлемой" не удается, и отсюда проистекает одна из распространенных проблем блоков питания – проблема перекоса выходных напряжений. Если нагрузка БП распределяется по его шинам менее равномерно, чем предполагали его разработчики (например, система потребляет большой ток по +5В и маленький по +12В, что характерно для многих систем на старших процессорах Athlon XP), то стабилизатору не удается удержать все напряжения в заданных рамках – и более нагруженные шины изрядно проседают, в то время как на слабо нагруженных напряжения наоборот оказываются завышенными. Отсюда же проистекает и невозможность раздельной регулировки выходных напряжений БП– их соотношение жестко задано параметрами силового трансформатора и дросселя групповой стабилизации, а регулировками ШИМ можно лишь поднять или опустить их все одновременно.