Alimentazione per un computer: principio di funzionamento, diagramma schematico e verifica delle sue prestazioni

Oggi, i componenti desktop stanno diventando obsoleti molto rapidamente. L'unica eccezione è l'alimentatore (PSU). Il design di questo dispositivo non ha subito grandi cambiamenti negli ultimi 15 anni, quando l'alimentatore con fattore di forma ATX è apparso sul mercato. Il principio di funzionamento e il diagramma schematico dell'alimentatore per un computer non sono molto diversi per tutti i produttori.

Struttura e principio di funzionamento

Di seguito è mostrato un tipico circuito di alimentazione per computer ATX. Per il suo design, questo è un classico alimentatore a impulsi basato sul controller TL 494 PWM. Il segnale per avviare questo elemento proviene dalla scheda madre. Fino a quando non si forma l'impulso di controllo, rimane attiva solo l'alimentazione di riserva, che fornisce una tensione di 5 V.

Raddrizzatore e controller PWM

Per facilitare la comprensione della struttura dell'alimentatore del computer e del principio del suo funzionamento, è necessario considerare i singoli elementi strutturali. Vale la pena iniziare con un raddrizzatore di rete.

Il compito principale di questa unità è convertire una corrente elettrica alternata di rete in una costante, necessaria per il funzionamento del controller PWM, nonché l'alimentazione di standby. Il blocco comprende diverse parti principali:

• Fusibile F1 - necessario per proteggere l'alimentazione dal sovraccarico.
• Termistore: si trova nella linea "neutra" ed è progettato per ridurre i picchi di corrente elettrica che si verificano all'accensione del PC.
• Filtro antirumore: include induttanze L1 e L2, condensatori C1-C4 e Tr1, che hanno un controavvolgimento. Questo filtro consente di sopprimere le interferenze che inevitabilmente si verificano durante il funzionamento di un'unità di alimentazione a impulsi, che può influire negativamente sul funzionamento delle apparecchiature televisive e radiofoniche.
• Ponte a diodi - situato immediatamente dietro il filtro antirumore e consente di convertire una corrente elettrica alternata in una costante a impulsi. Viene fornito un filtro a induzione capacitivo per attenuare l'ondulazione.

All'uscita del raddrizzatore di rete, la tensione è presente fino a quando l'alimentatore non viene scollegato dalla presa. In questo caso, la corrente fluisce verso l'alimentatore in standby e il controller PWM. È il primo elemento strutturale del circuito mostrato in figura.

È un convertitore a bassa potenza del tipo a impulsi. Si basa sul transistor T11, il cui compito è generare impulsi di alimentazione per il microcircuito 7805.

Dopo il transistor, la corrente passa prima attraverso un trasformatore di isolamento e un raddrizzatore basato sul diodo D 24. Il microcircuito utilizzato in questo alimentatore presenta uno svantaggio piuttosto grave: un'elevata caduta di tensione che, sotto carichi pesanti, può causare il surriscaldamento dell'elemento.

La base di qualsiasi convertitore di tipo a impulsi è un controller PWM. In questo esempio, è implementato utilizzando il microcircuito TL 494. Il compito principale del modulo PWM (Pulse Width Modulation) è modificare la durata degli impulsi di tensione mantenendo la loro ampiezza e frequenza. La tensione di uscita risultante sul convertitore di impulsi viene stabilizzata regolando la durata degli impulsi generati dal controller PWM.

Stadi di uscita del convertitore

È su questo elemento strutturale che cade il carico principale. Ciò porta a un grave riscaldamento dei transistor di commutazione T2 e T4. Per questo motivo, sono montati su radiatori massicci. Tuttavia, il raffreddamento passivo non sempre consente di far fronte a una forte generazione di calore, tutti gli alimentatori sono dotati di un dispositivo di raffreddamento. Il circuito dello stadio di uscita è mostrato in figura..

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Davanti allo stadio di uscita, c'è un circuito di commutazione dell'alimentazione basato su un transistor T9. All'avvio dell'alimentazione, viene fornita una tensione di 5 V a questo elemento strutturale attraverso la resistenza R 8. Questo accade dopo la formazione di un segnale per avviare il PC sulla scheda madre. In caso di problemi con il funzionamento dell'alimentatore in standby, l'alimentatore potrebbe spegnersi immediatamente dopo l'avvio.

Ora tutti i produttori utilizzano quasi gli stessi circuiti di alimentazione per i computer. Le modifiche apportate non hanno un impatto serio sul principio di funzionamento del dispositivo.

Pinout del connettore principale

Inizialmente, un alimentatore ATX era dotato di un connettore a 20 pin per il collegamento alla scheda madre. Tuttavia, il miglioramento della tecnologia informatica ha portato alla necessità di utilizzare ulteriori 4 contatti. I moderni alimentatori possono essere dotati di connettore a 24 pin in un unico alloggiamento oppure avere 20+4 pin. Tutti i pin del connettore sono standardizzati ed ecco i principali:

• +3,3 V - alimentazione per la scheda madre e il processore centrale.
• +5 V - la tensione è necessaria per il funzionamento di alcuni nodi della scheda madre, dei dischi rigidi e dei dispositivi esterni collegati alle porte USB.
• +12 V - tensione controllata utilizzata da HDD e dispositivi di raffreddamento.
• -5 V - non utilizzato da ATX 1.3.
• -12 V - è usato molto raramente oggi.
• Terra - massa.

Condivisione del carico e possibili malfunzionamenti

La tensione fornita dall'alimentatore è per carichi diversi. Quindi, a seconda della configurazione di un particolare PC, il consumo di energia in ciascun circuito dell'alimentatore può variare. Ecco perché le caratteristiche tecniche dell'alimentatore indicano non solo la potenza totale del dispositivo, ma anche il consumo massimo di corrente elettrica per ciascun tipo di tensione di uscita.

Tieni questo fatto a mente quando aggiorni l'hardware del tuo PC. Ad esempio, l'installazione di un potente acceleratore video moderno porta ad un forte aumento del carico nel circuito a 12V. Affinché il PC funzioni correttamente, potrebbe essere necessario sostituire l'alimentatore. Molto spesso, i problemi con il funzionamento dell'alimentatore sono associati all'invecchiamento dei suoi elementi strutturali o a una significativa mancanza di potenza.

Non dimenticare che il surriscaldamento dello stadio di uscita può essere associato all'accumulo di una grande quantità di polvere all'interno dell'alimentatore. I condensatori elettrolitici installati nel raddrizzatore di rete e negli stadi di uscita sono più soggetti all'invecchiamento rispetto ad altre parti.

Prima di tutto, questo riguarda i prodotti di marchi poco conosciuti che utilizzano componenti economici. In effetti, è l'elemento base e la qualità delle parti che distinguono i buoni dispositivi da quelli economici. Solo una persona con una certa conoscenza nel campo dell'elettronica può riparare da sola un alimentatore. Tuttavia, i dispositivi moderni realizzati da marchi noti sono altamente affidabili. Fatte salve le regole di manutenzione del PC, i problemi con essi sorgono molto raramente.