Zasilanie komputera: zasada działania, schemat ideowy i weryfikacja jego działania

Obecnie komponenty komputerów stacjonarnych bardzo szybko stają się przestarzałe. Jedynym wyjątkiem jest zasilacz (PSU). Konstrukcja tego urządzenia nie przeszła większych zmian przez ostatnie 15 lat, kiedy na rynku pojawił się zasilacz ATX. Zasada działania i schemat ideowy zasilacza do komputera nie różnią się zbytnio dla wszystkich producentów.

Struktura i zasada działania

Poniżej przedstawiono typowy obwód zasilania komputera ATX. Z założenia jest to klasyczny zasilacz impulsowy oparty na sterowniku TL 494 PWM. Sygnał do uruchomienia tego elementu pochodzi z płyty głównej. Do momentu wytworzenia impulsu sterującego, aktywny pozostaje tylko zasilacz rezerwowy, dający napięcie 5 V.

Prostownik i kontroler PWM

Aby ułatwić zrozumienie budowy zasilacza komputera i zasady jego działania, należy wziąć pod uwagę poszczególne elementy konstrukcyjne. Warto zacząć od prostownika sieciowego.

Głównym zadaniem tej jednostki jest zamiana prądu zmiennego sieciowego na stały, który jest niezbędny do funkcjonowania sterownika PWM, a także zasilania rezerwowego. Blok składa się z kilku głównych części:

• Bezpiecznik F1 - potrzebny do ochrony zasilacza przed przeciążeniem.
• Termistor - znajduje się w linii „neutralnej” i ma na celu zmniejszenie przepięć prądu elektrycznego, które występują po włączeniu komputera.
• Filtr szumów - zawiera dławiki L1 i L2, kondensatory C1-C4, a także Tr1, które mają przeciwuzwojenie. Filtr ten pozwala tłumić zakłócenia, które nieuchronnie powstają podczas pracy zasilacza impulsowego, co może negatywnie wpłynąć na działanie sprzętu telewizyjnego i radiowego.
• Mostek diodowy - znajduje się bezpośrednio za filtrem szumów i pozwala zamienić zmienny prąd elektryczny na stały pulsujący. Pojemnościowy filtr indukcyjny wygładza tętnienia.

Na wyjściu prostownika sieciowego napięcie jest obecne do momentu odłączenia zasilacza od gniazdka. W takim przypadku prąd płynie do zasilacza rezerwowego i kontrolera PWM. Jest to pierwszy element konstrukcyjny obwodu pokazany na rysunku.

Jest to konwerter małej mocy typu impulsowego. Oparty jest na tranzystorze T11, którego zadaniem jest generowanie impulsów zasilających mikroukład 7805.

Po tranzystorze prąd najpierw przechodzi przez transformator izolujący i prostownik oparty na diodzie D 24. Mikroukład zastosowany w tym zasilaczu ma jedną dość poważną wadę - wysoki spadek napięcia, który przy dużych obciążeniach może spowodować przegrzanie elementu.

Podstawą każdego przetwornika impulsowego jest sterownik PWM. W tym przykładzie jest zaimplementowany przy użyciu mikroukładu TL 494. Głównym zadaniem modułu PWM (Pulse Width Modulation) jest zmiana czasu trwania impulsów napięciowych przy zachowaniu ich amplitudy i częstotliwości. Wynikowe napięcie wyjściowe na przetworniku impulsów jest stabilizowane poprzez regulację czasu trwania impulsów generowanych przez sterownik PWM.

Stopnie wyjściowe konwertera

To na tym elemencie konstrukcyjnym spada główny ładunek. Prowadzi to do poważnego nagrzewania się tranzystorów przełączających T2 i T4. Z tego powodu są montowane na masywnych grzejnikach. Jednak chłodzenie pasywne nie zawsze pozwala poradzić sobie z silnym wytwarzaniem ciepła, wszystkie zasilacze wyposażone są w chłodnicę. Obwód stopnia wyjściowego pokazano na rysunku..

​

Przed stopniem wyjściowym znajduje się układ przełączania zasilania oparty na tranzystorze T9. Po uruchomieniu zasilania napięcie 5 V jest dostarczane do tego elementu konstrukcyjnego przez rezystancję R 8. Dzieje się tak po utworzeniu sygnału do uruchomienia komputera na płycie głównej. W przypadku problemów z działaniem zasilacza rezerwowego, zasilacz może się wyłączyć natychmiast po uruchomieniu.

Teraz wszyscy producenci stosują prawie te same układy zasilania komputerów. Wprowadzane przez nich zmiany nie mają poważnego wpływu na zasadę działania urządzenia.

Pinout głównego złącza

Początkowo zasilacz ATX był wyposażony w 20-stykowe złącze do podłączenia do płyty głównej. Jednak udoskonalenie technologii komputerowej spowodowało konieczność wykorzystania dodatkowych 4 styków. Nowoczesne zasilacze mogą być wyposażone w złącze 24-pinowe w jednej obudowie lub posiadać 20+4 piny. Wszystkie piny złącza są znormalizowane, a oto główne:

• +3,3 V - zasilanie płyty głównej i procesora centralnego.
• +5 V - napięcie jest niezbędne do działania niektórych węzłów płyty głównej, dysków twardych i urządzeń zewnętrznych podłączonych do portów USB.
• +12 V - kontrolowane napięcie używane przez HDD i chłodnice.
• -5 V - nie używany od ATX 1.3.
• -12 V - jest dziś używany niezwykle rzadko.
• Ziemia - masa.

Podział obciążenia i możliwe usterki

Napięcie dostarczane przez zasilacz jest przeznaczone dla różnych obciążeń. Tak więc, w zależności od konfiguracji konkretnego komputera, zużycie energii w każdym obwodzie zasilacza może być różne. Dlatego parametry techniczne zasilacza wskazują nie tylko całkowitą moc urządzenia, ale także maksymalny pobór prądu elektrycznego dla każdego rodzaju napięcia wyjściowego.

Miej ten fakt na uwadze podczas aktualizacji sprzętu komputerowego. Na przykład zainstalowanie potężnego nowoczesnego akceleratora wideo prowadzi do gwałtownego wzrostu obciążenia w obwodzie 12 V. Aby komputer działał poprawnie, może być konieczna wymiana zasilacza. Najczęściej problemy z pracą zasilacza wiążą się ze starzeniem się jego elementów konstrukcyjnych lub znacznym brakiem mocy.

Nie zapominaj, że przegrzanie stopnia wyjściowego może wiązać się z nagromadzeniem dużej ilości kurzu wewnątrz zasilacza. Kondensatory elektrolityczne zainstalowane w prostowniku sieciowym i stopniach wyjściowych są bardziej podatne na starzenie niż inne części.

Przede wszystkim dotyczy to produktów mało znanych marek, które wykorzystują tanie podzespoły. Tak naprawdę to podstawa elementów i jakość części odróżniają dobre urządzenia od tanich. Tylko osoba posiadająca pewien zasób wiedzy z zakresu elektroniki może samodzielnie naprawić zasilacz. Jednak nowoczesne urządzenia znanych marek są wysoce niezawodne. Z zastrzeżeniem zasad konserwacji komputera, problemy z nimi pojawiają się bardzo rzadko.