Блок питания AT (Теоретическая подготовка)

Как можно видеть на схеме (рисунок 1), входное напряжение (115 или 220 В переменного тока) поступает на помехоподавляющий фильтр, который обычно состоит из дросселей, конденсаторов малой емкости и разрядного резистора.

Далее напряжение питания поступает на двухполюсный выключатель, который чаще всего установлен на передней стенке компьютера (с него - на стандартный разъем, к которому подключен стандартный шнур питания монитора), и далее на высоковольтный выпрямитель. Он представляет собой четыре диода, соединенных по мостовой схеме и "залитых" в пластмассовый корпус. Выпрямленное напряжение поступает на сглаживающий фильтр (скорее всего, это будет пара электролитических конденсаторов емкостью по 200-500 мкФ с указанным максимальным напряжением 400 В - смотри рисунок 2).

Между высоковольтным выпрямителем и высоковольтным фильтром включен выключатель S1, вынесенный на заднюю стенку БП. В разомкнутом состоянии схема будет работать как однофазный мостовой выпрямитель с входным напряжением 220 В, который работает на емкость, равную С/2, а в замкнутом - удвоитель напряжения, входное напряжение для которого должно быть 115 В (это американский стандарт). Если вы включите его при работе в нашей сети - считайте, что вам не повезло.

Отфильтрованное постоянное напряжение поступает на собранный по одно- или двухтактной схеме высоковольтный транзисторный ключ, который переключается схемой управления с частотой несколько десятков килогерц. Импульсы напряжения поступают на импульсный понижающий трансформатор, на вторичных обмотках которого и получаются напряжения для каналов +5 В, +12 В, -5 В, -12 В. Каналы эти собираются по стандартным схемам и содержат двухполу-периодный выпрямитель (два диода, подключенных к обмотке со средней точкой) и LC-фильтр. В каналах -5 В и -12 В могут применяться интегральные стабилизаторы напряжения типов 7905 и 7912 соответственно. К каналу +12 В обычно подключается вентилятор, который охлаждает БП, а заодно и компьютер.

Выходные напряжения отслеживаются схемой управления. Сигнал PG (Power Good), сигнализирующий о том, что напряжения на блоке питания находятся в пределах нормы, представляет собой постоянное напряжение +5 В, которое должно появиться после окончания всех переходных процессов в блоке питания. При отсутствии этого сигнала на системной плате непрерывно вырабатывается сигнал аппаратного сброса процессора, при появлении этого сигнала система начинает нормальную работу. Уровень этого сигнала может лежать в пределах 3-6 В, появляется он через 0,1-0,5 сек. после включения питания при нормальных напряжениях на выходе блока. Отсутствие необходимой задержки при включении и запаздывание при выключении приводит к потере информации в CMOS и ошибкам при загрузке. Нажатие кнопки "reset" практически эквивалентно замыканию PG на схемную землю.

Схема управления обычно состоит из контроллера широтно-импульсной модуляции (ШИМ-контроллер) и линейки компараторов, которые отслеживают уровни выходных напряжений и участвуют в формировании сигнала PG. В качестве линейки компараторов часто применяется микросхема LM339N, TL494 (TL493, TL495) фирмы Texas Instrument или ее аналог - микросхема МРС494 фирмы NEC. Структурная схема TL494 изображена на рисунке 3.

Выводы 1 и 2 - неинвертирующего и инвертирующего входов усилителя ошибки 1; вывод 3 - вход "обратной связи"; вывод 4 - вход регулировки "мертвого времени" (время, в течение которого закрыты оба выходных транзистора, причем независимо от величины тока нагрузки); выводы 5 и 6 - для подключения внешних элементов ко встроенному генератору пилообразного напряжения; вывод 7 - общий; выводы 8 и 9 - коллектор и эмиттер первого транзистора; выводы 11 и 10 - коллектор и эмиттер второго транзистора; вывод 12 - питание; вывод 13 - выбор режима работы (возможна работа в одно- или двухтактном режиме: если на этом выводе присутствует логическая "1" (+2,4...+5 В), то транзисторы открываются поочередно (двухтактный режим работы); если на выводе будет "О" (0...0.4 В), то это однотактный режим, при этом транзисторы могут быть включены параллельно для увеличения выходного тока); вывод 14 - выход опорного напряжения (+5 В); выводы 15 и 16 - неинвертирующий и инвертирующий входы усилителя ошибки 2.

ШИМ-контроллер работает на фиксированной частоте и содержит встроенный генератор пилообразного напряжения, который требует для установки частоты всего два внешних компонента: резистора Rt и конденсатора Ct. При этом частота генерации будет равна f=1,1/RtCt.

Модуляция ширины импульсов достигается сравнением положительного напряжения, полученного на конденсаторе Ct с двумя управляющими сигналами (один из них поступает на вход регулировки "мертвого времени", второй получается из выходных сигналов усилителей ошибок и сигнала обратной связи). Логический элемент ИЛИ-НЕ возбуждает выходные транзисторы только тогда, когда амплитуда пилообразного напряжения выше амплитуды управляющих сигналов. Таким образом, повышение амплитуды управляющих сигналов вызывает уменьшение ширины выходных импульсов. За более подробной информацией лучше обратиться к справочникам.

 
Блок питания АТХ (Теоретическая подготовка)

По принципу работы практически не отличается от старого формата AT. Отличия - в конструкции и возможностях управления питанием. Если в старом конструктиве выключатель сети располагался на передней стенке корпуса (почти всегда), то в новых блоках питания управление производится с помощью кнопки, а силовой выключатель установлен на самом блоке питания, и сетевое напряжение присутствует только внутри БП. Еще многие новые блоки питания не требуют переключения пределов входного напряжения, работая в диапазоне 100-240 В. Существенные отличия есть в электрическом интерфейсе. В АТХ есть дополнительный источник напряжением 3,3 В для питания процессора и дежурный "Standby" - маломощный источник с выходом +5 В. Дежурный источник с допустимым током нагрузки 10 мА (АТХ 2.01) включается при подаче сетевого напряжения. Предназначен он для питания цепей управления энергопотреблением и устройств, "страдающих бессонницей" - например, факсмодема, который при поступлении входящего звонка "разбудит" машину. Мощность этого источника может быть увеличена до 720 мА, и машина сможет проснуться при приеме пакета от дежурного адаптера локальной сети. В интерфейс БП введен управляющий сигнал PS-ON, включающий основные источники +5, +3,3, +12, -5 и -12 В. Напряжение от этих источников поступает только при низком уровне управляющего сигнала. При высоком уровне или свободном состоянии цепи выходные напряжения источников - около нуля. О нормальном напряжении питания свидетельствует наличие сигнала PW-OK (Power O'Key) - то же самое, что PG на старых блоках. Интерфейс управления питанием позволяет выполнять программное отключение питания. В старом формате питающие провода к плате подключались двумя разъемами, что порой приводило к нехорошим последствиям, в АТХ разъем один и снабжен надежным ключом. Расширенная спецификация предусматривает передачу информации от датчиков вентилятора на системную плату - для обеспечения контроля оборотов. Для этих целей может присутствовать дополнительный (необязательный) жгут. Кроме сигналов датчика вентилятора, сигнала управления скоростью вращения вентилятора БП и сигнала обратной связи стабилизатора +3,3 В, на дополнительном разъеме имеются контакты 1394 (+) и 1394 (-) изолированного от схемной земли источника напряжения 8 - 48 В для питания устройств шины IEEE 1394 (FireWire).

Приступим к ремонту?

ВНИМАНИЕ! Большинство цепей БП находятся под напряжением сети, и для ремонта необходимы соответствующая квалификация и знание правил безопасности! Перед поиском неисправности отключите БП от сети и разрядите высоковольтные конденсаторы в фильтре!
А теперь рассмотрим наиболее часто встречающиеся неисправности блоков питания. Очень часто выходят из строя детали в высоковольтном фильтре, высоковольтном ключе, выпрямителях в каналах +5 В и +12 В, и микросхемы ШИМ-контроллера. Неисправности можно искать в таком порядке.

Проверить предохранитель, стоящий перед сетевым фильтром (номинал - 4 А) и при его неисправности заменить на предохранитель с таким же номиналом. Если любите риск, можете поставить вместо него "жучок", но при этом никаких гарантий у вас не будет и объем ремонта может сильно увеличиться. Если предохранитель сгорит опять - ищите дальше.

Провести внешний осмотр монтажа печатной платы, желательно через увеличительное стекло. Печатные проводники должны быть целыми, без разрывов, выводы деталей не должны болтаться (ложные пайки выглядят как кольцеобразная трещина вокруг вывода детали).

С помощью омметра проверьте высоковольтный выпрямитель, высоковольтный фильтр и высоковольтный ключ. Конденсаторы фильтра не должны иметь обрывов (отсутствие броска при проверке омметром) или коротких замыканий. Если есть осциллограф, можно посмотреть форму выпрямленного напряжения на выходе высоковольтного фильтра (на входе осциллографа должен быть включен делитель 1:10). При подключенной к каналу +5 В нагрузке 1-2 Ом двойная амплитуда пульсаций не должна превышать 5 В.

Транзисторы высоковольтного ключа, скорее всего, будут иметь встроенный защитный диод, включенный между коллектором и эмиттером. Найти эти транзисторы просто - они имеют большой корпус, закреплены на радиаторе, на плате у их выводов обычно нанесена маркировка "В", "С", "Е" (база, коллектор, эмиттер). Проверяются также защитные диоды, если они установлены, подключенные к выводам коллектора и эмиттера транзисторов. Транзистор считается неисправным, если сопротивление "коллектор - эмиттер" мало или равно нулю в обоих направлениях.

Дальше - проверка каналов +5 В, +12 В, -5 В, -12 В. Для проверки каналов +5 В и +12 В измеряют сопротивление их выходов (шина +5 В и общий, шина +12 В и общий). Проводник + 5 В обычно окрашен в красный цвет, +12 В - в желтый, общий провод черного цвета. Сопротивление выхода должно быть больше 100 Ом. Если оно намного меньше или даже равно нулю - скорее всего, пробиты диоды в выпрямительном мосте (как минимум один). Заменять неисправные детали нужно аналогичными. Выпрямители представляют собой два диода, соединенные катодами и залитые в пластмассу. На корпусе нанесена маркировка - изображений двух диодов, включенных встречно. Эти блоки также закреплены на радиаторе, причем он может быть общим для выпрямителей и транзисторов высоковольтного ключа. При установке выпрямителей и транзисторов обязательно проверяйте целостность изолирующих прокладок.

Если пробит один или оба диода в любом из каналов, БП не будет заводиться: слышно только слабое жужжание, все выходные напряжения сильно занижены, вентилятор не крутится, импульсов на выходе микросхемы (выводы 3, 9, 10, 11} тоже может не быть. Обычно сразу начинают подозревать неисправность микросхемы ШИМ-контроллера, и напрасно.

Аналогично проверяется исправность каналов -5 В и -12 В. Выпрямители в них часто собирают на двух обычных диодах. Если применяются интегральные стабилизаторы типов 7905 и 7912, измеряют сопротивление на их входах (должно быть больше 100 Ом). Пробиться могут и конденсаторы в фильтрах, но это бывает реже.

Проверьте компараторы. Руководствуясь схемой (рисунок 4) и цоколевкой, измерьте напряжения на входах и выходах компараторов. Если напряжение на неинвертирующем входе больше, чем на инвертирующем, выходное напряжение должно быть примерно 4,9 В, если наоборот - то гораздо ниже.

ШИМ-контроллер проверяется так: измерьте напряжение питания (вывод 12), оно должно быть примерно 10-15 В (диапазон рабочих напряжений 7-40 В). Если этого напряжения нет или оно очень низкое, нужно перерезать печатную дорожку, идущую к выводу 12. Если напряжение появится, микросхему надо менять - она неисправна. Если напряжение не появилось, проверяйте эту цепь дальше. В некоторых моделях это напряжение вырабатывает выпрямитель, подключенный к небольшому трансформатору. Скорее всего, схема выпрямителя такова: трансформатор со средней точкой подключен к двум диодам и конденсатору.

Проверьте выход опорного напряжения (вывод 14), на нем должно быть +5 В. Это напряжение подается через резистивные делители на входы компараторов. Если оно больше нормы более чем на 10% или равно напряжению питания, меняйте микросхему. Если опорное напряжение ниже нормы или отсутствует, перережьте дорожку на плате, идущую к выводу 14. Если после этого напряжение на выводе появилось, проверяйте внешние цепи, если нет - неисправна микросхема.

Импульсы на выводе 5 проверяются с помощью осциллографа. На этом выводе должно быть пилообразное напряжение амплитудой около 3 В и частотой несколько десятков килогерц. Возможна частота в пределах от 1 до 50 кГц. "Пила" должна быть неискаженной. Если есть искажения или слишком мала (велика) частота, проверьте конденсатор и резистор на выводах 5 и 6. Если навесные элементы исправны, микросхема требует замены. Проверьте сигналы на выходах микросхемы. Схему их включения можно определить "на глаз" - если выводы 9 и 10 подключены к общему проводу, выходные сигналы нужно наблюдать на выводах 8 и 11, а если к проводу питания подключены выводы 8 и 11, выходные сигналы проверяют на выводах 9 и 10. На выходах должны быть импульсы с четкими фронтами, амплитудой 2-3 В и длительностью, зависящей от мощности подключенной нагрузки. Эти импульсы непосредственно или через трансформаторы подаются на базы транзисторов высоковольтного ключа. Если амплитуда импульсов мала, перерезают проводники, ведущие к выводам микросхемы, и наблюдают сигналы непосредственно возле микросхемы. Если амплитуда сигналов стала нормальной, пробиты переходы транзисторов и их следует заменить.

Если напряжения в норме, но вентилятор не вращается - скорее всего, неисправен сам вентилятор. Достаточно почистить крыльчатку, смазать его подшипник машинным маслом, и, если он не сгорел окончательно, то будет крутиться как новенький.

Бывает и такое - при низкой температуре окружающего воздуха БП не включается, после прогрева работает нормально. В технических условиях обычно оговаривается, что компьютер должен работать при температурах +10...+35°С. Если температура менее +10°С, нормальная работа не гарантируется. Если в помещении выше +10°С, но БП не запускается - можно попробовать заменить микросхему ШИМ-контроллера. Микросхемы TL494 с буквой "I" (например, TL494ID) работают в диапазоне температур от -25 до +35°С, а с буквой "С" (например, TL494CN) - при температурах от О до +70°С.

Разрушение информации в CMOS может быть вызвано не только батарейкой. Для проверки проделайте следующее: если перед включением питания удержать нажатой кнопку "reset" и отпустить ее через несколько секунд, этим можно имитировать увеличение задержки сигнала Power Good. Если при этом данные сохраняются - мала задержка при включении. Если данные все равно теряются, проверьте задержку при отключении. Для этого "reset" нужно нажать перед отключением питания и удерживать еще несколько секунд - это имитация ускорения снятия сигнала Power Good. Если при таком выключении данные сохраняются, дело в большой задержке при выключении. В обоих случаях требуется ремонт блока питания и его настройка. Обязательно проверяется уровень напряжения +5 В, иногда советуют понизить его величину до 4,9 В при наличии такой регулировки в блоке питания.

Разумеется, все неисправности невозможно описать в объеме одной статьи, поэтому остается надеяться, что большинству читателей пригодится только ее теоретическая часть.