Napájecí zdroj pro počítač: princip činnosti, schéma a ověření jeho výkonu

Desktopové komponenty dnes velmi rychle zastarávají. Jedinou výjimkou je napájecí zdroj (PSU). Design tohoto zařízení neprošel za posledních 15 let, kdy se na trhu objevily PSU formátu ATX, zásadními změnami. Princip činnosti a schéma napájecího zdroje pro počítač se u všech výrobců příliš neliší.

Struktura a princip činnosti

Typický obvod napájení počítače ATX je znázorněn níže. Konstrukčně se jedná o klasický pulzní napájecí zdroj založený na regulátoru TL 494 PWM. Signál ke spuštění tohoto prvku přichází ze základní desky. Dokud se nevytvoří řídicí impuls, zůstává aktivní pouze záložní zdroj, který vydává napětí 5V.

Usměrňovač a regulátor PWM

Aby bylo snazší pochopit strukturu napájecího zdroje počítače a princip jeho fungování, musíte zvážit jednotlivé konstrukční prvky. Vyplatí se začít se síťovým usměrňovačem.

Hlavním úkolem této jednotky je převádět střídavý síťový elektrický proud na konstantní, který je nezbytný pro fungování PWM regulátoru a také záložního napájení.

Blok obsahuje několik hlavních částí:

• Pojistka F1 - potřebná k ochraně napájecího zdroje před přetížením.
• Termistor - je umístěn v "neutrálním" vedení a je navržen tak, aby omezoval rázy elektrického proudu, ke kterým dochází při zapnutí PC.
• Šumový filtr - zahrnuje tlumivky L1 a L2, kondenzátory C1-C4 a také Tr1, které mají protivinutí. Tento filtr umožňuje potlačit rušení, které nevyhnutelně vzniká při provozu pulzního napájecího zdroje, které může negativně ovlivnit provoz televizních a rozhlasových zařízení.
• Diodový můstek - umístěný bezprostředně za šumovým filtrem a umožňuje přeměnit střídavý elektrický proud na konstantní pulzující. Pro vyhlazení vlnění je k dispozici kapacitní indukční filtr.

Na výstupu síťového usměrňovače je napětí až do odpojení napájecího zdroje ze zásuvky. V tomto případě proud teče do záložního zdroje a regulátoru PWM. Je to první konstrukční prvek obvodu, který je znázorněn na obrázku.

Jedná se o nízkovýkonový měnič pulzního typu. Je založen na tranzistoru T11, jehož úkolem je generovat napájecí impulsy pro mikroobvod 7805.

Za tranzistorem prochází proud nejprve oddělovacím transformátorem a usměrňovačem na bázi diody D 24. Mikroobvod použitý v tomto PSU má jednu poměrně vážnou nevýhodu - vysoký pokles napětí, který při velkém zatížení může způsobit přehřátí prvku.

Základem každého pulsního měniče je PWM regulátor. V tomto příkladu je implementován pomocí mikroobvodu TL 494. Hlavním úkolem modulu PWM (Pulse Width Modulation) je měnit dobu trvání napěťových impulsů při zachování jejich amplitudy a frekvence. Výsledné výstupní napětí na pulsním měniči je stabilizováno úpravou doby trvání pulsů, které PWM regulátor generuje.

Koncové stupně měniče

Právě na tento konstrukční prvek dopadá hlavní zatížení. To vede k vážnému zahřívání spínacích tranzistorů T2 a T4. Z tohoto důvodu se montují na masivní radiátory. Ne vždy však pasivní chlazení umožňuje vyrovnat se se silným vývinem tepla, všechny zdroje jsou vybaveny chladičem. Obvod koncového stupně je znázorněn na obrázku..

​

Před koncovým stupněm je umístěn spínací obvod zdroje na bázi tranzistoru T9. Při spuštění napájení je do tohoto konstrukčního prvku přivedeno přes odpor R 8 napětí 5V. To se děje po vytvoření signálu ke spuštění PC na základní desce. Pokud se vyskytnou problémy s provozem záložního zdroje, může se napájecí zdroj ihned po spuštění vypnout.

Nyní všichni výrobci používají téměř stejné napájecí obvody pro počítače. Změny, které provádějí, nemají vážný dopad na princip fungování zařízení.

Pinout hlavního konektoru

Nejprve byl zdroj ATX vybaven 20pinovým konektorem pro připojení k základní desce. Zdokonalení výpočetní techniky však vedlo k nutnosti použít další 4 kontakty. Moderní napájecí zdroje mohou být vybaveny 24pinovým konektorem v jednom pouzdře nebo mají 20 + 4 piny. Všechny konektory jsou standardizované a zde jsou ty hlavní:

• +3,3 V - napájení základní desky a centrálního procesoru.
• +5 V - napětí je nutné pro provoz některých uzlů základní desky, pevných disků a externích zařízení připojených k USB portům.
• +12 V - řízené napětí používané HDD a chladiči.
• -5 V - nepoužívá se od ATX 1.3.
• -12 V - se dnes používá extrémně zřídka.
• Přízemní - hmota.

Sdílení zátěže a možné poruchy

Napětí dodávané napájecím zdrojem je pro různé zátěže. V závislosti na konfiguraci konkrétního počítače spotřeba energie v každém okruhu napájecího zdroje se může lišit. Proto technické charakteristiky napájecího zdroje udávají nejen celkový výkon zařízení, ale také maximální spotřebu elektrického proudu pro každý typ výstupního napětí.

Mějte tuto skutečnost na paměti při upgradu hardwaru počítače. Například instalace výkonného moderního video akcelerátoru vede k prudkému nárůstu zátěže v 12V obvodu. Aby počítač fungoval správně, může být nutné vyměnit napájecí zdroj. Nejčastěji jsou problémy s provozem napájecí jednotky spojeny se stárnutím jejích konstrukčních prvků nebo výrazným nedostatkem energie.

Nezapomeňte, že přehřátí koncového stupně může být spojeno s nahromaděním velkého množství prachu uvnitř napájecího zdroje. Elektrolytické kondenzátory instalované v síťovém usměrňovači a koncových stupních jsou náchylnější ke stárnutí než jiné díly.

Především se to týká produktů málo známých značek, které používají levné komponenty. Ve skutečnosti je to základna prvků a kvalita dílů, které odlišují dobrá zařízení od levných. Pouze osoba, která má určité znalosti v oblasti elektroniky, může opravit napájecí jednotku svépomocí. Moderní zařízení od známých značek jsou však vysoce spolehlivá. V souladu s pravidly údržby PC se problémy s nimi vyskytují velmi zřídka.