تحويل مصدر الطاقة من جهاز كمبيوتر إلى جهاز مختبر. أبسط مصدر للطاقة. كيفية عمل مصدر طاقة قابل للتعديل من جهاز كمبيوتر. الفولتية في مصدر طاقة الكمبيوتر

يظهر الشكل دائرة إمداد طاقة ATX نموذجية. من الناحية الهيكلية، فهي وحدة نبض كلاسيكية على وحدة تحكم TL494 PWM، يتم تشغيلها بواسطة إشارة PS-ON (تشغيل الطاقة) من اللوحة الأم. بقية الوقت، حتى يتم سحب طرف PS-ON إلى الأرض، يكون مصدر الطاقة الاحتياطية فقط بجهد +5 فولت عند الخرج نشطًا.

دعونا نلقي نظرة فاحصة على هيكل مصدر الطاقة ATX. عنصرها الأول هو
:

وتتمثل مهمتها في تحويل التيار المتردد من التيار الكهربائي إلى تيار مباشر لتشغيل وحدة التحكم PWM وإمدادات الطاقة الاحتياطية. من الناحية الهيكلية، يتكون من العناصر التالية:

• الصمامات F1يحمي الأسلاك ومصدر الطاقة نفسه من الحمل الزائد في حالة انقطاع التيار الكهربائي، مما يؤدي إلى زيادة حادة في الاستهلاك الحالي، ونتيجة لذلك، إلى زيادة حرجة في درجة الحرارة التي يمكن أن تؤدي إلى نشوب حريق.
• يتم تثبيت الثرمستور الواقي في الدائرة المحايدة، مما يقلل من زيادة التيار عند توصيل مصدر الطاقة بالشبكة.
• بعد ذلك، يتم تثبيت مرشح الضوضاء، ويتكون من عدة الإختناقات ( إل 1، إل 2) ، المكثفات ( C1، C2، C3، C4) وخنق الجرح المضاد Tr1. ترجع الحاجة إلى مثل هذا المرشح إلى مستوى التداخل الكبير الذي تنقله وحدة النبض إلى شبكة إمداد الطاقة - لا يتم التقاط هذا التداخل بواسطة أجهزة استقبال التلفزيون والراديو فحسب، بل يمكن أن يؤدي في بعض الحالات إلى خلل في المعدات الحساسة .
• يتم تركيب جسر ديود خلف الفلتر، لتحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر نابض. يتم تنعيم التموج بواسطة مرشح حثي بالسعة.

إمدادات الطاقة الاحتياطيةعبارة عن محول نبضي مستقل منخفض الطاقة يعتمد على ترانزستور T11، والذي يولد نبضات من خلال محول عزل ومقوم نصف موجة على الصمام الثنائي D24، مما يعمل على تشغيل مثبت جهد متكامل منخفض الطاقة على شريحة 7805. على الرغم من أن هذه الدائرة، كما يقولون، تم اختباره عبر الزمن، عيبه الكبير هو انخفاض الجهد العالي عبر مثبت 7805، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة تحت الحمل الثقيل. لهذا السبب، يمكن أن يؤدي تلف الدوائر التي يتم تغذيتها من مصدر الاستعداد إلى فشلها وبالتالي عدم القدرة على تشغيل الكمبيوتر.

أساس محول النبض هو وحدة تحكم PWM. وقد سبق ذكر هذا الاختصار عدة مرات، ولكن لم يتم فك شفرته. PWM هو تعديل عرض النبضة، أي تغيير مدة نبضات الجهد عند سعتها وترددها الثابتين. تتمثل مهمة وحدة PWM، المستندة إلى دائرة TL494 المتخصصة أو نظائرها الوظيفية، في تحويل جهد التيار المستمر إلى نبضات بالتردد المناسب، والتي يتم تنعيمها بعد محول العزل بواسطة مرشحات الإخراج. يتم تثبيت الجهد عند خرج محول النبض عن طريق ضبط مدة النبضات الناتجة عن وحدة التحكم PWM.

كان الأساس هو مصدر الطاقة CODEGEN-300X (مثل 300 واط، حسنًا، أنت تفهم 300 الصيني). العقل المدبر لمصدر الطاقة هو وحدة التحكم PWM KA7500 (TL494...). هذه هي الوحيدة التي اضطررت إلى إعادتها. سوف يتحكم PIC16F876A في مفتاح PWM، كما أنه يستخدم للتحكم وضبط جهد الخرج والتيار، ويتم عرض المعلومات على شاشة LCD WH1602(...)، ويتم التعديل باستخدام الأزرار.
ساعد في إعداد البرنامج أحد الأشخاص الطيبين (IURY موقع "Cat" وهو راديو) وأشكره عليه كثيراً!!! يحتوي الأرشيف على مخطط دائرة ولوحة وبرنامج لوحدة التحكم.

نحن نأخذ مصدر طاقة صالحًا للعمل (إذا لم يكن يعمل، فنحن بحاجة إلى إعادته إلى حالة العمل).
نحدد تقريبًا مكان وجود كل شيء. نختار مكانًا لشاشة LCD، والأزرار، والمحطات الطرفية (المقابس)، ومؤشر الطاقة...
نحن قررنا. وضع علامات على "نافذة" LSD. لقد قمنا بقصه (لقد قمت بقصه بمطحنة صغيرة مقاس 115 مم)، ربما شخصًا لديه جهاز Dremel، أو شخص ما عن طريق حفر الثقوب، ثم ضبطه باستخدام ملف. بشكل عام، فهو أكثر ملاءمة ويمكن الوصول إليه للجميع. ينبغي أن تبدو شيئا من هذا القبيل.

نحن نفكر في كيفية تركيب الشاشة. يمكن القيام به بعدة طرق:
أ) الاتصال بلوحة تحكم الموصل؛
ب) القيام بذلك من خلال لوحة زائفة؛
ج) أو...
أو... قم بلحام 4 (3) براغي M2.5 مباشرة بالعلبة. لماذا M2.5 وn M3.0؟ يحتوي LSD على فتحات بقطر 2.5 مم للتركيب.
لقد قمت بلحام 3 براغي، لأنه عند لحام الرابع، يتم فك وصلة العبور (يمكنك رؤيتها في الصورة). ثم تقوم بلحام العبور - يختفي المسمار. فقط مسافة قريبة جدا. لم أزعجني - لقد تركت 3 قطع.

يتم اللحام باستخدام حمض الأرثوفوسفوريك. بعد اللحام، يجب غسل كل شيء جيدا بالماء والصابون.
دعونا نجرب العرض.

دعونا ندرس الدائرة، أي كل ما يتعلق بـ TL494 (KA7500). كل ما يتعلق بالأرجل 1، 2، 3، 4، 13، 14، 15، 16. نقوم بإزالة جميع الأسلاك القريبة من هذه المحطات (على لوحة مصدر الطاقة الرئيسية)، ونقوم بتثبيت الأجزاء وفقًا للمخطط.

نقوم بإزالة كل ما هو غير ضروري من لوحة إمداد الطاقة الرئيسية. جميع التفاصيل المتعلقة بـ +5، -5، -12، PG، PS - ON. نترك فقط كل ما يتعلق بـ +12 V ومصدر الطاقة الاحتياطية +5V SB.يُنصح بالعثور على رسم تخطيطي لمصدر الطاقة الخاص بك حتى لا تحذف أي شيء غير ضروري. في دائرة إمداد الطاقة +12 فولت - نقوم بإزالة الإلكتروليتات الأصلية واستبدالها بشيء مماثل في السعة، ولكن بجهد تشغيل 35-50 فولت.
ينبغي أن تبدو شيئا من هذا القبيل.

للتكبير، انقر على الرسم البياني

بالنظر إلى خصائص مصدر الطاقة الحالي (ملصق على العلبة) - بالنسبة لـ 12 فولت، يجب أن يكون تيار الخرج 13 أمبير. واو هذا يبدو جيدا !!! دعونا نلقي نظرة على اللوحة، ما هي أشكال 12V، 13A؟؟؟ ها، اثنان من الثنائيات FR302 (وفقًا لورقة البيانات 3A!). حسنًا، فليكن الحد الأقصى للتيار 6A. لا، هذا لا يناسبنا، نحتاج إلى استبداله بشيء أقوى واحتياطي، لذلك قمنا بتعيين 40CPQ100 - 40A، Uarb = 100V.

كان هناك نوع من الحشيات العازلة والنسيج المطاطي (شيء مشابه) على المبرد. لقد مزقته وغسلته. لقد زودت الميكا المحلية لدينا.
لقد قمت بتثبيت مسامير أطول. لقد ضغطت المزيد من الميكا تحت واحدة من الخلف. قررت استكمال الوحدة بمؤشر لارتفاع درجة حرارة المشتت الحراري على MP42. يتم استخدام ترانزستور الجرمانيوم هنا كمستشعر لدرجة الحرارة

يتم تجميع دائرة مؤشر ارتفاع درجة حرارة المشتت الحراري باستخدام أربعة ترانزستورات. تم استخدام KT815، KT817 كترانزستور مثبت، وتم استخدام مؤشر LED ثنائي اللون كمؤشر.

لم أرسم لوحة الدوائر المطبوعة. أعتقد أنه لا ينبغي أن تكون هناك أي صعوبة خاصة في تجميع هذه الوحدة. كيف يتم تجميع الوحدة يمكن رؤيتها في الصورة أدناه.

نصنع لوحة تحكم. انتباه! قبل توصيل شاشة LCD الخاصة بك، قم بدراسة ورقة البيانات الخاصة بها!! وخاصة الاستنتاجات 1 و 2!

نحن نربط كل شيء وفقًا للمخطط. نقوم بتثبيت اللوحة في مصدر الطاقة. تحتاج أيضًا إلى عزل اللوحة الرئيسية عن العلبة. فعلت كل هذا باستخدام غسالات بلاستيكية.

إعداد الدائرة.

1. يجب إجراء جميع التعديلات على مصدر الطاقة فقط من خلال مصباح متوهج بقدرة 60 - 150 وات، متصل بكابل الشبكة.
2. قم بعزل مبيت مصدر الطاقة عن GND، وقم بتوصيل الدائرة التي تم تشكيلها من خلال المبيت بالأسلاك.
3.Iizm (U15) - يتم ضبط تيار الخرج (صحة قراءات المؤشر) باستخدام مقياس A القياسي.
Uizm (U14) - يتم ضبط جهد الخرج (صحة قراءات المؤشر) وفقًا لمقياس V القياسي.
Uset_max (U16) - يضبط جهد الخرج الأقصى

الحد الأقصى لتيار الإخراج لمصدر الطاقة هذا هو 5 أمبير (أو بالأحرى 4.96 أمبير)، وهو مقيد بالبرامج الثابتة.
لا يُنصح بضبط الحد الأقصى لجهد الخرج لمصدر الطاقة هذا على أكثر من 20-22 فولت، لأنه في هذه الحالة يزداد احتمال انهيار ترانزستورات الطاقة بسبب عدم وجود حد تحكم PWM بواسطة الدائرة الدقيقة TL494.
لزيادة جهد الخرج إلى أكثر من 22 فولت، من الضروري إعادة لف الملف الثانوي للمحول.

كان التشغيل التجريبي ناجحا. يوجد على اليسار مؤشر ذو لونين لارتفاع درجة حرارة المشتت الحراري (المبرد البارد - LED الأخضر، الدافئ - البرتقالي، الساخن - الأحمر). على اليمين يوجد مؤشر إمدادات الطاقة.

تثبيت التبديل. القاعدة مصنوعة من الألياف الزجاجية، ومغطاة بمادة "Oracle" ذاتية اللصق.

الاخير. ماذا حدث في المنزل.

مرحبًا، سأتحدث الآن عن تحويل مصدر طاقة ATX لطراز codegen 300w 200xa إلى مصدر طاقة مختبري مع تنظيم الجهد من 0 إلى 24 فولت، والحد الحالي من 0.1 أمبير إلى 5 أمبير. سأقوم بنشر المخطط الذي توصلت إليه، ربما يقوم شخص ما بتحسينه أو إضافة شيء ما. يبدو الصندوق نفسه هكذا، على الرغم من أن الملصق قد يكون أزرق أو بلون مختلف.

علاوة على ذلك، فإن لوحات الطرازين 200xa و300x هي نفسها تقريبًا. يوجد أسفل اللوحة نفسها نقش CG-13C، ربما CG-13A. وربما توجد نماذج أخرى مشابهة لهذا النموذج ولكن بنقوش مختلفة.

لحام الأجزاء غير الضرورية

في البداية بدا الرسم البياني كما يلي:

تحتاج إلى إزالة جميع الأسلاك غير الضرورية من موصل ATX، وفك اللفات غير الضرورية ولفها على خنق تثبيت المجموعة. تحت الخانق الموجود على اللوحة، حيث مكتوب +12 فولت، نترك هذا الملف، وننهي الباقي. قم بفك الجديلة من اللوحة (محول الطاقة الرئيسي) ولا تعضها تحت أي ظرف من الظروف. قم بإزالة المبرد مع ثنائيات شوتكي، وبعد أن نزيل كل ما هو غير ضروري، سيبدو الأمر كما يلي:

ستبدو الدائرة النهائية بعد إعادة العمل كما يلي:

بشكل عام، نقوم بلحام جميع الأسلاك والأجزاء.

إجراء تحويلة

نحن نصنع تحويلة سنخفف منها التوتر. معنى التحويلة هو أن انخفاض الجهد عبرها يخبر PWM عن مدى تحميل مصدر الطاقة للتيار. على سبيل المثال، حصلنا على مقاومة التحويل 0.05 (أوم)، إذا قمنا بقياس الجهد على التحويلة لحظة تمرير 10 أ، فإن الجهد الموجود عليها سيكون:

U=I*R = 10*0.05 = 0.5 (فولت)

لن أكتب عن تحويلة المنجانين، لأنني لم أشتريها وليس لدي واحدة، لقد استخدمت مسارين على اللوحة نفسها، ونغلق المسارات على اللوحة كما في الصورة للحصول على تحويلة. من الواضح أنه من الأفضل استخدام المنجانين، لكنه يعمل بشكل جيد.

نقوم بتثبيت مغو L2 (إن وجد) بعد التحويلة

بشكل عام، يجب حسابها، ولكن إذا حدث أي شيء، في مكان ما في المنتدى كان هناك برنامج لحساب الإختناقات.

نحن نطبق ناقصًا مشتركًا على PWM

ليس عليك تطبيقه إذا كان يرن بالفعل على المحطة السابعة لـ PWM. إنه فقط أنه في بعض اللوحات لم يكن هناك سلبي عام على السن 7 بعد فك الأجزاء (لا أعرف السبب، قد أكون مخطئًا أنه لم يكن هناك أحد :)

قم بلحام سلك PWM بالدبوس رقم 16

نقوم بلحام سلك PWM بالدبوس 16، ونقوم بتغذية هذا السلك بالدبوس 1 و5 من LM358

بين 1 ساق PWM والمخرج الزائد، قم بلحام المقاوم

سيحد هذا المقاوم من خرج الجهد من مصدر الطاقة. يشكل هذا المقاوم و R60 مقسم جهد يقسم جهد الخرج ويزوده بساق واحدة.

يتم استخدام مدخلات المضخم التشغيلي (PWM) على الساقين الأولى والثانية لمهمة جهد الخرج.

تأتي مهمة جهد الخرج لوحدة إمداد الطاقة إلى المحطة الثانية، حيث يمكن أن يصل الحد الأقصى إلى 5 فولت (vref) إلى المحطة الثانية، ثم يجب أن يصل الجهد العكسي أيضًا إلى المحطة الأولى بما لا يزيد عن 5 فولت. لهذا، نحتاج إلى مقسم جهد مصنوع من مقاومتين، R60 والذي سنقوم بتثبيته من مخرج مصدر الطاقة إلى ساق واحدة.

كيف يعمل: لنفترض أنه تم ضبط المقاوم المتغير على 2.5 فولت في المحطة الثانية من PWM، ثم سينتج PWM مثل هذه النبضات (زيادة جهد الخرج من خرج مصدر الطاقة) حتى يصل ساق واحدة من مضخم التشغيل إلى 2.5 (فولت). لنفترض أنه إذا كانت هذه المقاومة مفقودة، فإن مصدر الطاقة سيصل إلى الحد الأقصى للجهد، لأنه لا توجد ردود فعل من خرج مصدر الطاقة. قيمة المقاوم 18.5 كيلو أوم.

نقوم بتركيب المكثفات ومقاوم الحمل عند مخرج مصدر الطاقة

يمكن ضبط مقاومة الحمل من 470 إلى 600 أوم 2 وات. مكثفات 500 ميكروفاراد لجهد 35 فولت. لم يكن لدي مكثفات بالجهد المطلوب، لذلك قمت بتركيب مكثفين على التوالي بجهد 16 فولت 1000 فائق التوهج. نقوم بلحام المكثفات بين 15-3 و2-3 أرجل PWM.

لحام مجموعة الصمام الثنائي

نقوم بتثبيت مجموعة الصمام الثنائي التي كانت 16C20C أو 12C20C، وقد تم تصميم مجموعة الصمام الثنائي هذه لـ 16 أمبير (12 أمبير، على التوالي)، و200 فولت من جهد الذروة العكسي. مجموعة الصمام الثنائي 20C40 لن تناسبنا - لا تفكر في تثبيتها - سوف تحترق (محددة :)).

إذا كان لديك أي مجموعات ديود أخرى، فتأكد من أن ذروة الجهد العكسي لا تقل عن 100 فولت والتيار، أيهما أكبر. لن تعمل الثنائيات العادية - سوف تحترق، وهي صمامات ثنائية فائقة السرعة، فقط لتحويل مصدر الطاقة.

ضع وصلة إمداد الطاقة PWM

نظرًا لأننا قمنا بإزالة قطعة الدائرة المسؤولة عن إمداد PWM بالطاقة، فنحن بحاجة إلى تشغيل PWM من مصدر الطاقة الاحتياطي 18 فولت. في الواقع، قمنا بتثبيت وصلة عبور بدلاً من ترانزستور Q6.

لحام خرج مصدر الطاقة +

ثم نقطع الطرح المشترك الذي يذهب إلى الجسم. نحن نتأكد من أن السالب المشترك لا يمس السكن، وإلا عن طريق تقصير الموجب مع غلاف مصدر الطاقة، فإن كل شيء سوف يحترق.

قم بلحام الأسلاك، السالب المشترك و+5 فولت، وإخراج التحكم في مصدر الطاقة

سوف نستخدم هذا الجهد لتشغيل جهاز قياس الفولت أمبير.

قم بلحام الأسلاك السالبة المشتركة و+18 فولت للمروحة

سوف نستخدم هذا السلك من خلال مقاومة 58 أوم لتشغيل المروحة. علاوة على ذلك، يجب تشغيل المروحة بحيث تهب على المبرد.

قم بلحام السلك من جديلة المحول إلى السالب المشترك

قم بلحام سلكين من التحويلة الخاصة بمضخم العمليات LM358

نحن نلحم الأسلاك وكذلك المقاومات بها. ستنتقل هذه الأسلاك إلى المضخم التشغيلي LM357 من خلال مقاومات 47 أوم.

قم بلحام السلك بالجزء الرابع من PWM

مع الجهد الموجب +5 فولت عند مدخل PWM هذا، هناك قيود على حد التحكم عند المخرجين C1 وC2، في هذه الحالة، مع زيادة مدخل DT، تزداد دورة التشغيل عند C1 وC2 (تحتاج لننظر إلى كيفية توصيل الترانزستورات عند الإخراج). باختصار - أوقف إخراج مصدر الطاقة. سوف نستخدم مدخل PWM الرابع هذا (سنقوم بتزويد +5 فولت هناك) لإيقاف خرج مصدر الطاقة في حالة وجود دائرة كهربائية قصيرة (أعلى من 4.5 أمبير) عند الخرج.

تجميع تضخيم التيار ودائرة حماية ماس كهربائى

تنبيه: هذه ليست النسخة الكاملة - راجع المنتدى للحصول على التفاصيل، بما في ذلك صور عملية التعديل.

ناقش مقالة مختبر PSU المحمي من جهاز كمبيوتر عادي

ليس فقط هواة الراديو، ولكن أيضًا في الحياة اليومية فقط، قد يحتاجون إلى مصدر طاقة قوي. بحيث يصل تيار الإخراج إلى 10 أمبير بجهد أقصى يصل إلى 20 فولت أو أكثر. بالطبع، يذهب الفكر على الفور إلى إمدادات الطاقة غير الضرورية للكمبيوتر ATX. قبل البدء في إعادة التصنيع، ابحث عن رسم تخطيطي لمصدر الطاقة الخاص بك.

تسلسل الإجراءات لتحويل مصدر طاقة ATX إلى مختبر منظم.

1. قم بإزالة وصلة المرور J13 (يمكنك استخدام قواطع الأسلاك)

2. قم بإزالة الصمام الثنائي D29 (يمكنك فقط رفع ساق واحدة)

3. تم بالفعل تركيب وصلة PS-ON على الأرض.

5. قم بإزالة الجزء 3.3 فولت: R32، Q5، R35، R34، IC2، C22، C21.

8. نقوم بتغيير الأشياء السيئة: استبدل C11، C12 (ويفضل أن يكون ذلك بسعة أكبر C11 - 1000 فائق التوهج، C12 - 470 فائق التوهج).

9. نقوم بتغيير المكونات غير المناسبة: C16 (يفضل 3300 فائق التوهج × 35 فولت مثل مكوناتي، حسنًا، على الأقل 2200 فائق التوهج × 35 فولت أمر لا بد منه!) والمقاوم R27 - لم يعد لديك، وهذا رائع. أنصحك باستبداله بآخر أقوى، على سبيل المثال 2 وات ورفع المقاومة إلى 360-560 أوم. ننظر إلى لوحتي ونكرر:

12. نقوم بفصل الساقين الخامس عشر والسادس عشر للدائرة الدقيقة عن "كل الباقي"، للقيام بذلك نقوم بإجراء 3 قطع في المسارات الموجودة واستعادة الاتصال بالساق الرابعة عشرة باستخدام وصلة عبور، كما هو موضح في الصورة.

14. يمكن أخذ قلب الكابل رقم 7 (مصدر طاقة المنظم) من مصدر الطاقة +17 فولت لـ TL، في منطقة العبور، وبشكل أكثر دقة منه J10/ حفر ثقب في المسار، مسح الورنيش وهناك. من الأفضل الحفر من جانب الطباعة.

إمدادات الطاقة الخطية والتبديلية

هيا لنبدأ مع الأساسيات. يقوم مصدر الطاقة في الكمبيوتر بثلاث وظائف. أولا، يجب تحويل التيار المتردد من مصدر الطاقة المنزلي إلى تيار مباشر. المهمة الثانية لمصدر الطاقة هي تقليل الجهد الزائد 110-230 فولت لإلكترونيات الكمبيوتر إلى القيم القياسية التي تتطلبها محولات الطاقة لمكونات الكمبيوتر الفردية - 12 فولت و5 فولت و3.3 فولت (وكذلك الفولتية السلبية التي سنتحدث عنها بعد قليل) . وأخيرا، يلعب مصدر الطاقة دور مثبت الجهد.

هناك نوعان رئيسيان من مصادر الطاقة التي تؤدي الوظائف المذكورة أعلاه - الخطية والتبديل. يعتمد أبسط مصدر طاقة خطي على محول، حيث يتم تقليل جهد التيار المتردد إلى القيمة المطلوبة، ثم يتم تصحيح التيار بواسطة جسر الصمام الثنائي.

ومع ذلك، فإن مصدر الطاقة مطلوب أيضًا لتحقيق استقرار جهد الخرج، والذي يحدث بسبب عدم استقرار الجهد في الشبكة المنزلية وانخفاض الجهد استجابة لزيادة التيار في الحمل.

للتعويض عن انخفاض الجهد، في مصدر الطاقة الخطي، يتم حساب معلمات المحولات لتوفير الطاقة الزائدة. ثم، عند التيار العالي، سيتم ملاحظة الجهد المطلوب في الحمل. ومع ذلك، فإن زيادة الجهد التي ستحدث دون أي وسيلة للتعويض عند انخفاض التيار في الحمولة هي أيضًا غير مقبولة. يتم التخلص من الجهد الزائد عن طريق تضمين حمل غير مفيد في الدائرة. في أبسط الحالات، يكون هذا مقاومًا أو ترانزستورًا متصلاً عبر صمام ثنائي زينر. في إصدار أكثر تقدما، يتم التحكم في الترانزستور بواسطة دائرة كهربائية صغيرة مع مقارنة. ومهما كان الأمر، فإن الطاقة الزائدة تتبدد ببساطة على شكل حرارة، مما يؤثر سلبًا على كفاءة الجهاز.

في دائرة إمداد الطاقة بالتبديل، يظهر متغير آخر يعتمد عليه جهد الخرج، بالإضافة إلى المتغيرين الموجودين بالفعل: جهد الإدخال ومقاومة الحمل. يوجد مفتاح على التوالي مع الحمل (والذي في الحالة التي نحن مهتمون بها هو الترانزستور)، يتم التحكم فيه بواسطة متحكم دقيق في وضع تعديل عرض النبض (PWM). كلما زادت مدة الحالات المفتوحة للترانزستور فيما يتعلق بفترتها (تسمى هذه المعلمة دورة العمل، في المصطلحات الروسية يتم استخدام القيمة العكسية - دورة العمل)، كلما زاد جهد الخرج. نظرًا لوجود مفتاح، يُطلق على مصدر طاقة التبديل أيضًا اسم مصدر طاقة الوضع المحول (SMPS).

لا يتدفق أي تيار عبر ترانزستور مغلق، ومقاومة الترانزستور المفتوح لا تكاد تذكر. في الواقع، يتمتع الترانزستور المفتوح بمقاومة ويبدد بعض الطاقة على شكل حرارة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الانتقال بين حالات الترانزستور ليس منفصلاً تمامًا. ومع ذلك، يمكن أن تتجاوز كفاءة مصدر التيار النبضي 90٪، بينما تصل كفاءة مصدر الطاقة الخطي مع المثبت إلى 50٪ في أحسن الأحوال.

ميزة أخرى لتحويل مصادر الطاقة هي التخفيض الجذري في حجم ووزن المحول مقارنة بمصادر الطاقة الخطية التي لها نفس الطاقة. من المعروف أنه كلما زاد تردد التيار المتردد في الملف الأولي للمحول، قل حجم النواة المطلوبة وعدد لفات الملف. لذلك، يتم وضع الترانزستور الرئيسي في الدائرة ليس بعد المحول، ولكن قبل المحول، بالإضافة إلى تثبيت الجهد، يستخدم لإنتاج تيار متردد عالي التردد (بالنسبة لمصادر طاقة الكمبيوتر، يتراوح هذا من 30 إلى 100 كيلو هرتز وأعلى، و كقاعدة عامة - حوالي 60 كيلو هرتز). المحول الذي يعمل بتردد مصدر طاقة يتراوح بين 50-60 هرتز سيكون أكبر بعشرات المرات من الطاقة التي يحتاجها الكمبيوتر القياسي.

تُستخدم مصادر الطاقة الخطية اليوم بشكل رئيسي في حالة التطبيقات منخفضة الطاقة، حيث تشكل الإلكترونيات المعقدة نسبيًا المطلوبة لتحويل مصدر الطاقة عنصر تكلفة أكثر حساسية مقارنةً بالمحول. هذه، على سبيل المثال، مصادر طاقة 9 فولت، والتي تستخدم لدواسات تأثيرات الجيتار، ومرة ​​واحدة لوحدات التحكم في الألعاب، وما إلى ذلك. لكن أجهزة شحن الهواتف الذكية تعمل بالفعل بالنبض بالكامل - هنا التكاليف مبررة. نظرًا للسعة المنخفضة جدًا لتموج الجهد عند الخرج، يتم استخدام مصادر الطاقة الخطية أيضًا في تلك المناطق التي تكون فيها هذه الجودة مطلوبة.

⇡ رسم تخطيطي عام لمصدر طاقة ATX

مصدر الطاقة للكمبيوتر المكتبي هو مصدر طاقة تحويلي، يتم تزويد مدخلاته بالجهد المنزلي بمعلمات 110/230 فولت، 50-60 هرتز، ويحتوي الإخراج على عدد من خطوط التيار المستمر، تم تصنيف الخطوط الرئيسية منها 12 و 5 و 3.3 فولت بالإضافة إلى ذلك، يوفر مصدر الطاقة جهدًا يبلغ -12 فولتًا، وفي بعض الأحيان أيضًا جهدًا يبلغ -5 فولتًا، وهو ضروري لحافلة ISA. ولكن تم استبعاد الأخير في مرحلة ما من معيار ATX بسبب انتهاء دعم ISA نفسه.

في الرسم البياني المبسط لمصدر طاقة التحويل القياسي الموضح أعلاه، يمكن تمييز أربع مراحل رئيسية. بنفس الترتيب، نعتبر مكونات مصادر الطاقة في المراجعات، وهي:

1. مرشح EMI - التداخل الكهرومغناطيسي (مرشح RFI)؛
2. الدائرة الأولية - مقوم الإدخال (المقوم) والترانزستورات الرئيسية (المحول) وإنشاء تيار متردد عالي التردد على الملف الأولي للمحول ؛
3. المحول الرئيسي
4. الدائرة الثانوية - مقومات التيار من اللف الثانوي للمحول (المقومات)، تجانس المرشحات عند الخرج (التصفية).

⇡ مرشح EMI

يتم استخدام المرشح عند مدخل مصدر الطاقة لقمع نوعين من التداخل الكهرومغناطيسي: التفاضلي (الوضع التفاضلي) - عندما يتدفق تيار التداخل في اتجاهات مختلفة في خطوط الكهرباء، والوضع المشترك - عندما يتدفق التيار في اتجاه واحد.

يتم قمع الضوضاء التفاضلية بواسطة مكثف CX (مكثف الفيلم الأصفر الكبير في الصورة أعلاه) المتصل بالتوازي مع الحمل. في بعض الأحيان يتم إرفاق خنق بالإضافة إلى ذلك بكل سلك، والذي يؤدي نفس الوظيفة (ليس على الرسم التخطيطي).

يتم تشكيل مرشح الوضع المشترك بواسطة مكثفات CY (المكثفات الخزفية الزرقاء على شكل قطرة في الصورة)، والتي تربط خطوط الطاقة بالأرض عند نقطة مشتركة، وما إلى ذلك. خنق الوضع المشترك (LF1 في الرسم البياني)، والذي يتدفق التيار في اللفاتين في نفس الاتجاه، مما يخلق مقاومة للتداخل في الوضع المشترك.

في النماذج الرخيصة، يتم تثبيت مجموعة الحد الأدنى من أجزاء المرشح، في أكثر تكلفة، تشكل الدوائر الموصوفة روابط متكررة (كليا أو جزئيا). في الماضي، لم يكن من غير المألوف رؤية مصادر الطاقة بدون أي مرشح EMI على الإطلاق. يعد هذا استثناءً غريبًا إلى حدٍ ما، على الرغم من أنك إذا اشتريت مصدر طاقة رخيصًا جدًا، فلا يزال بإمكانك مواجهة مثل هذه المفاجأة. نتيجة لذلك، لن يعاني الكمبيوتر نفسه فقط وليس كثيرا، ولكن المعدات الأخرى المتصلة بالشبكة المنزلية - يعد تبديل مصادر الطاقة مصدرا قويا للتداخل.

في منطقة مرشح مصدر الطاقة الجيد، يمكنك العثور على عدة أجزاء تحمي الجهاز نفسه أو مالكه من التلف. يوجد دائمًا فتيل بسيط لحماية الدائرة القصيرة (F1 في الرسم التخطيطي). لاحظ أنه عندما يتعطل المصهر، فإن الكائن المحمي لم يعد مصدر الطاقة. في حالة حدوث ماس كهربائي، فهذا يعني أن الترانزستورات الرئيسية قد اخترقت بالفعل، ومن المهم على الأقل منع الأسلاك الكهربائية من اشتعال النيران. إذا احترق فجأة أحد المصهرات الموجودة في مصدر الطاقة، فمن المرجح أن يكون استبداله بآخر جديد بلا معنى.

يتم توفير حماية منفصلة ضد المدى القصيرالزيادات المفاجئة باستخدام مكثف (MOV - مكثف أكسيد المعدن). ولكن لا توجد وسيلة للحماية من الزيادات الطويلة في الجهد في مصادر طاقة الكمبيوتر. يتم تنفيذ هذه الوظيفة بواسطة مثبتات خارجية مع محول خاص بها بالداخل.

يمكن للمكثف الموجود في دائرة PFC بعد المقوم أن يحتفظ بشحنة كبيرة بعد فصله عن الطاقة. لمنع الشخص المهمل الذي يلصق إصبعه في موصل الطاقة من التعرض لصدمة كهربائية، يتم تثبيت مقاوم تفريغ عالي القيمة (مقاوم النزف) بين الأسلاك. في نسخة أكثر تطوراً - مع دائرة تحكم تمنع تسرب الشحنة أثناء تشغيل الجهاز.

بالمناسبة، فإن وجود مرشح في مصدر طاقة الكمبيوتر (ومصدر الطاقة للشاشة وأي جهاز كمبيوتر تقريبًا يحتوي أيضًا على مرشح) يعني أن شراء "مرشح زيادة التيار" منفصل بدلاً من سلك تمديد عادي هو بشكل عام ، بلا هدف. كل شيء هو نفسه بداخله. الشرط الوحيد في أي حال هو الأسلاك العادية ذات الثلاثة أسنان مع التأريض. وإلا فإن مكثفات CY المتصلة بالأرض لن تكون قادرة على أداء وظيفتها.

⇡ مقوم الإدخال

بعد الفلتر، يتم تحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر باستخدام جسر الصمام الثنائي - عادة في شكل مجموعة في السكن المشترك. نرحب بشدة بوجود مشعاع منفصل لتبريد الجسر. يعد الجسر المُجمَّع من أربعة صمامات ثنائية منفصلة أحد سمات مصادر الطاقة الرخيصة. يمكنك أيضًا أن تسأل عن التيار الذي تم تصميم الجسر من أجله لتحديد ما إذا كان يتوافق مع قوة مصدر الطاقة نفسه. على الرغم من وجود هامش جيد لهذه المعلمة كقاعدة عامة.

⇡ كتلة PFC النشطة

في دائرة التيار المتردد ذات الحمل الخطي (مثل المصباح المتوهج أو الموقد الكهربائي)، يتبع تدفق التيار نفس الموجة الجيبية مثل الجهد. ولكن هذا ليس هو الحال مع الأجهزة التي تحتوي على مقوم الإدخال، مثل تبديل مصادر الطاقة. يمرر مصدر الطاقة التيار في نبضات قصيرة، تتزامن تقريبًا في الوقت المناسب مع قمم موجة الجهد الجيبية (أي الحد الأقصى للجهد اللحظي) عند إعادة شحن مكثف التنعيم الخاص بالمقوم.

تتحلل إشارة التيار المشوهة إلى عدة تذبذبات توافقية في مجموع الجيوب الأنفية بسعة معينة (الإشارة المثالية التي قد تحدث مع الحمل الخطي).

يشار إلى الطاقة المستخدمة لأداء عمل مفيد (والتي تقوم في الواقع بتسخين مكونات الكمبيوتر) في خصائص مزود الطاقة وتسمى نشطة. تسمى الطاقة المتبقية الناتجة عن التذبذبات التوافقية للتيار رد الفعل. إنه لا ينتج عملاً مفيدًا، ولكنه يسخن الأسلاك ويخلق حملاً على المحولات ومعدات الطاقة الأخرى.

يُطلق على المجموع المتجه للقدرة التفاعلية والفعالة اسم القوة الظاهرة. وتسمى نسبة الطاقة النشطة إلى الطاقة الإجمالية بعامل القدرة - ويجب عدم الخلط بينه وبين الكفاءة!

يحتوي مصدر طاقة التبديل في البداية على عامل طاقة منخفض إلى حد ما - حوالي 0.7. بالنسبة للمستهلك الخاص، فإن الطاقة التفاعلية ليست مشكلة (لحسن الحظ، لا تؤخذ في الاعتبار بواسطة عدادات الكهرباء)، إلا إذا كان يستخدم UPS. يعتبر مصدر الطاقة غير المنقطع مسؤولاً عن الطاقة الكاملة للحمل. على نطاق شبكة مكتب أو مدينة، فإن الطاقة التفاعلية الزائدة الناتجة عن تبديل مصادر الطاقة تقلل بالفعل بشكل كبير من جودة مصدر الطاقة وتتسبب في التكاليف، لذلك تتم مكافحتها بشكل نشط.

على وجه الخصوص، فإن الغالبية العظمى من مصادر طاقة الكمبيوتر مجهزة بدوائر تصحيح عامل الطاقة النشطة (Active PFC). يمكن التعرف بسهولة على الوحدة التي تحتوي على PFC النشط بواسطة مكثف كبير واحد ومحث مثبت بعد المقوم. في جوهرها، يعد Active PFC محول نبض آخر يحافظ على شحنة ثابتة على المكثف بجهد يبلغ حوالي 400 فولت. وفي هذه الحالة، يتم استهلاك التيار من شبكة الإمداد في نبضات قصيرة، يتم تحديد عرضها بحيث يتم تحديد الإشارة يتم تقريبها بواسطة موجة جيبية - وهي مطلوبة لمحاكاة الحمل الخطي. لمزامنة إشارة الاستهلاك الحالية مع الجهد الجيبي، فإن وحدة التحكم PFC لديها منطق خاص.

تحتوي دائرة PFC النشطة على واحد أو اثنين من الترانزستورات الرئيسية والصمام الثنائي القوي، والتي يتم وضعها على نفس المبدد الحراري مع الترانزستورات الرئيسية لمحول مصدر الطاقة الرئيسي. كقاعدة عامة، تكون وحدة التحكم PWM الخاصة بمفتاح المحول الرئيسي ومفتاح Active PFC عبارة عن شريحة واحدة (PWM/PFC Combo).

يصل عامل الطاقة لتبديل مصادر الطاقة باستخدام PFC النشط إلى 0.95 وما فوق. بالإضافة إلى ذلك، لديهم ميزة إضافية واحدة - فهي لا تحتاج إلى مفتاح التيار الكهربائي 110/230 فولت ومضاعف الجهد المقابل داخل مصدر الطاقة. تتعامل معظم دوائر PFC مع الفولتية من 85 إلى 265 فولت. بالإضافة إلى ذلك، يتم تقليل حساسية مصدر الطاقة لانخفاضات الجهد على المدى القصير.

بالمناسبة، بالإضافة إلى تصحيح PFC النشط، هناك أيضًا تصحيح سلبي، والذي يتضمن تركيب محث عالي الحث متسلسل مع الحمل. كفاءتها منخفضة، ومن غير المرجح أن تجد هذا في مصدر طاقة حديث.

⇡ المحول الرئيسي

المبدأ العام للتشغيل لجميع مصادر الطاقة النبضية للطوبولوجيا المعزولة (مع المحول) هو نفسه: يقوم الترانزستور الرئيسي (أو الترانزستورات) بإنشاء تيار متردد على الملف الأولي للمحول، وتتحكم وحدة التحكم PWM في دورة العمل التبديل الخاصة بهم. ومع ذلك، تختلف الدوائر المحددة في عدد الترانزستورات الرئيسية والعناصر الأخرى، وفي الخصائص النوعية: الكفاءة، وشكل الإشارة، والضوضاء، وما إلى ذلك. ولكن هنا يعتمد الكثير على التنفيذ المحدد بحيث يستحق التركيز عليه. للمهتمين، نقدم مجموعة من المخططات والجدول الذي سيسمح لك بالتعرف عليها في أجهزة محددة بناءً على تكوين الأجزاء.

بالإضافة إلى الطبولوجيا المدرجة، توجد في مصادر الطاقة باهظة الثمن إصدارات رنانة من Half Bridge، والتي يمكن التعرف عليها بسهولة بواسطة محث كبير إضافي (أو اثنين) ومكثف يشكل دائرة تذبذبية.

⇡ الدائرة الثانوية

الدائرة الثانوية هي كل ما يأتي بعد اللف الثانوي للمحول. في معظم مصادر الطاقة الحديثة، يحتوي المحول على ملفين: تتم إزالة 12 فولت من أحدهما، و5 فولت من الآخر.يتم تصحيح التيار أولاً باستخدام مجموعة من ثنائيات شوتكي - واحد أو أكثر لكل ناقل (على أعلى حافلة محملة - 12 فولت - تحتوي مصادر الطاقة القوية على أربع مجموعات). الأكثر كفاءة من حيث الكفاءة هي المقومات المتزامنة، والتي تستخدم ترانزستورات التأثير الميداني بدلاً من الثنائيات. ولكن هذا هو من اختصاص مصادر الطاقة المتقدمة والمكلفة حقًا والتي تحصل على شهادة 80 PLUS Platinum.

عادةً ما يتم تشغيل السكة 3.3V من نفس الملف مثل السكة 5V، ويتم خفض الجهد فقط باستخدام مغوٍ قابل للإشباع (Mag Amp). يعد الملف الخاص على المحول بجهد 3.3 فولت خيارًا غريبًا. من الفولتية السلبية في معيار ATX الحالي، لا يزال -12 فولت فقط، والذي تتم إزالته من اللف الثانوي تحت الناقل 12 فولت من خلال ثنائيات منفصلة منخفضة التيار.

يؤدي التحكم في PWM لمفتاح المحول إلى تغيير الجهد على الملف الأولي للمحول، وبالتالي على جميع اللفات الثانوية مرة واحدة. وفي الوقت نفسه، لا يتم توزيع الاستهلاك الحالي للكمبيوتر بالتساوي بين حافلات مصدر الطاقة. في الأجهزة الحديثة، الناقل الأكثر تحميلًا هو 12 فولت.

لتحقيق استقرار الفولتية بشكل منفصل في الحافلات المختلفة، هناك حاجة إلى تدابير إضافية. تتضمن الطريقة الكلاسيكية استخدام خنق تثبيت المجموعة. يتم تمرير ثلاث حافلات رئيسية من خلال لفاتها، ونتيجة لذلك، إذا زاد التيار في إحدى الحافلات، ينخفض ​​الجهد على الحافلات الأخرى. لنفترض أن التيار في الناقل 12 فولت قد زاد، ومن أجل منع انخفاض الجهد، قامت وحدة التحكم PWM بتقليل دورة التشغيل للترانزستورات الرئيسية. نتيجة لذلك، يمكن أن يتجاوز الجهد على الناقل 5 فولت الحدود المسموح بها، ولكن تم قمعه بواسطة خنق تثبيت المجموعة.

بالإضافة إلى ذلك، يتم تنظيم الجهد على الناقل 3.3 فولت بواسطة مغو آخر قابل للتشبع.

يوفر الإصدار الأكثر تقدمًا استقرارًا منفصلاً للحافلات 5 و12 فولت بسبب الاختناقات القابلة للتشبع، ولكن الآن أفسح هذا التصميم المجال لمحولات DC-DC في مصادر طاقة باهظة الثمن وعالية الجودة. في الحالة الأخيرة، يحتوي المحول على ملف ثانوي واحد بجهد 12 فولت، ويتم الحصول على الفولتية 5 فولت و3.3 فولت بفضل محولات DC-DC. هذه الطريقة هي الأكثر ملاءمة لاستقرار الجهد.

مرشح الإخراج

المرحلة النهائية في كل ناقل عبارة عن مرشح يعمل على تنعيم تموج الجهد الناتج عن الترانزستورات الرئيسية. بالإضافة إلى ذلك، فإن نبضات مقوم الإدخال، الذي يساوي تردده ضعف تردد شبكة الإمداد، تخترق بدرجة أو بأخرى الدائرة الثانوية لمصدر الطاقة.

يشتمل مرشح التموج على خنق ومكثفات كبيرة. تتميز مصادر الطاقة عالية الجودة بسعة لا تقل عن 2000 ميكروفاراد، لكن الشركات المصنعة للنماذج الرخيصة لديها احتياطيات للتوفير عند تركيب المكثفات، على سبيل المثال، بنصف القيمة الاسمية، مما يؤثر حتما على سعة التموج.

⇡ الطاقة الاحتياطية +5VSB

لن يكون وصف مكونات مصدر الطاقة مكتملًا دون ذكر مصدر الجهد الاحتياطي 5 فولت، مما يجعل وضع السكون للكمبيوتر ممكنًا ويضمن تشغيل جميع الأجهزة التي يجب تشغيلها في جميع الأوقات. يتم تشغيل "غرفة العمل" بواسطة محول نبض منفصل بمحول منخفض الطاقة. يوجد في بعض مصادر الطاقة أيضًا محول ثالث، والذي يستخدم في دائرة التغذية المرتدة لعزل وحدة التحكم PWM عن الدائرة الأولية للمحول الرئيسي. في حالات أخرى، يتم تنفيذ هذه الوظيفة بواسطة optocouplers (مصباح LED وترانزستور ضوئي في حزمة واحدة).

⇡ منهجية اختبار إمدادات الطاقة

واحدة من المعالم الرئيسية لإمدادات الطاقة هي استقرار الجهد، وهو ما ينعكس في ما يسمى. خاصية التحميل المتقاطع. KNH هو رسم تخطيطي يتم فيه رسم التيار أو القدرة في الحافلة 12 فولت على محور واحد، وإجمالي التيار أو القدرة في الحافلة 3.3 و5 فولت على المحور الآخر، عند نقاط التقاطع لقيم مختلفة من كلا المتغيرين، يتم تحديد انحراف الجهد عن القيمة الاسمية لإطار أو آخر. وفقًا لذلك، قمنا بنشر اثنين من KNHs مختلفين - للحافلة 12 فولت والحافلة 5/3.3 فولت.

يشير لون النقطة إلى نسبة الانحراف:

• الأخضر: ≥ 1%؛
• أخضر فاتح: ≥ 2%؛
• الأصفر: ≥ 3%؛
• البرتقالي: ≥ 4%؛
• الأحمر: ≥ 5%.
• الأبيض: > 5% (غير مسموح به وفقًا لمعايير ATX).

للحصول على KNH، يتم استخدام منصة اختبار مصدر الطاقة المصممة خصيصًا، والتي تخلق حملًا عن طريق تبديد الحرارة على الترانزستورات القوية ذات التأثير الميداني.

اختبار آخر لا يقل أهمية هو تحديد سعة التموج عند خرج مصدر الطاقة. يسمح معيار ATX بالتموج ضمن 120 مللي فولت لحافلة 12 فولت و 50 مللي فولت لحافلة 5 فولت. يتم التمييز بين التموج عالي التردد (عند ضعف تردد مفتاح المحول الرئيسي) والتردد المنخفض (عند ضعف تردد المحول الرئيسي). تردد شبكة التوريد).

نقوم بقياس هذه المعلمة باستخدام راسم الذبذبات Hantek DSO-6022BE USB بأقصى حمل على مصدر الطاقة المحدد في المواصفات. في مخطط الذبذبات أدناه، الرسم البياني الأخضر يتوافق مع ناقل 12 فولت، والرسم البياني الأصفر يتوافق مع 5 فولت. ويمكن ملاحظة أن التموجات ضمن الحدود الطبيعية، وحتى مع وجود هامش.

للمقارنة، نقدم صورة للتموجات عند خرج مصدر الطاقة لجهاز كمبيوتر قديم. لم تكن هذه الكتلة رائعة في البداية، لكنها بالتأكيد لم تتحسن بمرور الوقت. إذا حكمنا من خلال حجم تموج التردد المنخفض (لاحظ أنه تم زيادة تقسيم اكتساح الجهد إلى 50 مللي فولت لتناسب التذبذبات على الشاشة)، فقد أصبح مكثف التنعيم عند الإدخال غير قابل للاستخدام بالفعل. تموج عالي التردد على الناقل 5 فولت على وشك 50 مللي فولت المسموح به.

يحدد الاختبار التالي كفاءة الوحدة عند حمل يتراوح من 10 إلى 100% من الطاقة المقدرة (من خلال مقارنة طاقة الخرج مع طاقة الإدخال المقاسة باستخدام مقياس الواط المنزلي). وللمقارنة، يوضح الرسم البياني معايير فئات 80 PLUS المختلفة. ومع ذلك، فإن هذا لا يسبب الكثير من الاهتمام هذه الأيام. يُظهر الرسم البياني نتائج وحدة PSU المتطورة من Corsair مقارنةً بجهاز Antec الرخيص جدًا، والفرق ليس بهذه الضخامة.

المشكلة الأكثر إلحاحًا بالنسبة للمستخدم هي الضوضاء الصادرة عن المروحة المدمجة. من المستحيل قياسه مباشرة بالقرب من منصة اختبار مصدر الطاقة الهادر، لذلك نقوم بقياس سرعة دوران المكره باستخدام مقياس سرعة الدوران بالليزر - أيضًا بقوة من 10 إلى 100٪. يوضح الرسم البياني أدناه أنه عندما يكون الحمل على مصدر الطاقة هذا منخفضًا، تظل المروحة مقاس 135 ملم تعمل بسرعة منخفضة ولا يكاد يكون مسموعًا على الإطلاق. عند التحميل الأقصى، يمكن بالفعل تمييز الضوضاء، لكن المستوى لا يزال مقبولًا تمامًا.