Да разглобим едно компютърно захранване – втора част

В първата част се спряхме на входния филтър на едно компютърно захранване, на AC/DC преобразуването, на разделянето на високоволтовата и нисковолтовата част, както и на импулсния ток към трансформатора. Сега ще продължим с със сигналите на обратната връзка, с осигуряването на напрежение от -12 V, ще разгледаме използвания магнитен усилвател, ще се спрем по-подробно на платката за управление на това компютърно захранване и на осигуряването на необходимото напрежение за режима на готовност.

Навярно сте се запитали по какъв начин чипът на захранването получава информация – обратната връзка за нивата на напреженията от нисковолтовата част, с която няма никаква електрическа връзка. Решението е стандартно – използва се оптрон. Това е малък чип, в единия край на който е интегриран инфрачервен светодиод, а в другия – чувствителен към инфрачервената светлина фототранзистор. Сигналът на обратната връзка се подава на светодиода, светлината на който се преобразува в електрически ток от фототранзистора, поставен от другата страна на оптрона. По този начин се осигурява тоталното изолиране между първичната и вторичната страна на платката на захранването, тъй като информацията се прехвърля чрез светлинен лъч, а не чрез електрическа връзка.

Интересно е, че това вече доста старо компютърно захранване подава и напрежение -12V. Напрежението от този род вече не се използва, но в миналото то служеше за захранване на серийните COM портове, някои известни и като последователни интерфейси, както и за PCI слотовете. Стабилизацията на -12V кардинално се различава от стабилизацията на +5V и +12V. В изхода -12V се използва ценеров диод, познат и под името стабилитрон. Това е специален тип диод, който има високо съпротивление под определен праг на напрежението, Когато този праг бъде превишен съпротивлението на стабилитрона рязко спада до изключително ниско ниво. При превишаване на прага излишното напрежение се разсейва във вид на топлина върху силов резистор, който тук е с розов цвят, което обикновено става под управлението на транзистор. Днес този метод не се използва понеже има напразно изразходване на енергия.

Най-интересен е всъщност начинът за стабилизиране на напрежението 3,3V, което става с помощта на магнитен усилвател. Това е дросел със специални магнитни свойства, благодарение на които той работи като ключ. Когато токът започне да протича в намотката на този дросел, той в началото почти напълно спира протичането на тока, понеже сърцевината започва да се намагнетизира, при което магнитното поле се увеличава. Когато сърцевината на дросела достигне пълното си намагнитване и се насити, поведението на този компонент рязко се променя и токът вече може да протича безпрепятствено. В компютърното захранване този дросел получава импулси от трансформатор и благодарение на своите магнитни свойства много ефикасно спира променливата част на импулса. Напрежението от 3,3V се стабилизира чрез промяна ширината на импулса.

Управляващата платка

В това компютърно захранване  се вижда малка платка, на която е реализирана управляващата схема. Тази платка сравнява изходното напрежение с еталон, за да се получи сигналът на обратната връзка. Също така, тази платка следи изходните напрежения и генерира сигнала power good. Това е една неголяма вертикално поставена платка, която не заема много място в компютърното захранване.

Режимът на готовност

В компютърните захранвания има още една електрическа верига, която осигурява необходимото напрежение, благодарение на което устройството остава в режим на готовност и може да бъде включено по всяко време. Дори когато компютърът се счита за формално изключен, това резервно захранване осигурява ток с мощност около 10W, благодарение на което редица най-различни функции продължават да работят. Това са часовникът, функцията за събуждане и стартиране на компютъра чрез локалната мрежа, както и някои други. Електрическата верига на това резервно захранване е един почти независим модул на захранване: използва се отделен чип и някои компоненти на нисковолтовата страна на компютърното захранване. Тук не е необходима голяма мощност и за нейната работа се използва трансформатор с много по-малки размери.

Изводи

Компютърното захранване от ATX тип е сложно, включващо много компоненти – от масивни индуктивности до миниатюрни компоненти, запоени на обратната страна на платката. Но благодарение на тази сложност е възможно масовото производство на малки, ефективни и безопасни компютърни захранвания.

Допълнения

• Intel представи ATX стандарта за персонални компютри през 1995-та година. ATX стандартът (с някои обновявания) и досега определя конфигурацията на някои дънни платки, компютърни кутии и начина на захранване на голям брой модели персонални компютри. Тук разглобихме и разгледахме компютърно захранване от далечната 2005-та година. Съвременните захранвания от подобен тип са по-напреднали и ефективни. Но основните принципи са си същите, въпреки че има някои промени. Така например, вместо магнитни усилватели вече изцяло се използват DC/DC преобразователи

• Етикетчето, залепено на това захранване показва, че то е произведено от компанията Bestec и е предназначено за десктоп компютъра Hewlett-Packard Dx5150. Това захранване не съответства напълно на ATX стандарта, понеже е малко по-дълго
• Зададоха ми въпроса защо AC напрежението от 230V се преобразува в постоянен ток с напрежение 320V. Причината е, че променливото напрежение обикновено се измерва като средно квадратично, при което се усреднява променливата форма на синусоидалния сигнал. Всъщност, в 230V ток има пикове до 320V. Кондензаторите на компютърното захранване се зареждат през диодите до пиковото значение и на техните изводи има 320 V (това напрежение леко пада по време на целия цикъл)
• Силовият MOSFET транзистор е FQA9N90C и издържа сила на тока 9 А при напрежение до 900V
• Чипът се захранва чрез отделна намотка на импулсния трансформатор, който подава 34V за нейната нормална работа. Налице е проблемът на кокошката и яйцето: чипът генерира импулсите за трансформатора, но именно трансформаторът захранва управляващия чип. Решението е използването на специална стартова верига с резистор от 100 КΩ между чипа и високоволтовата част. Така се осигурява захранването на чипа в самото начало. След като той подаде импулси към трансформатора, започва да получава захранване само от него
• Използвани са оптроните модел PC817, които осигуряват надеждна изолация при напрежение до 5000 V. Това е гаранция, че токът с високо напрежение няма да протече между двете страни на оптрона, както и през повърхността на печатната платка, която може да се зацапа с нещо. Ето защо на платката е оставено доста голямо разстояние между високоволтовата и нисковолтовата части
• Ширината на импулса в магнитния усилвател се регулира по съвсем лесен начин. По време на обратния ход на всеки импулс сърцевината на дросела частично се размагнитва. Ясно е, че по-високото напрежение предизвиква размагнитване. В този случай на дросела е необходимо повече време за повторно намагнитване и по-този начин той по-дълго време блокира пристигналия импулс. И обратното, по-ниското напрежение води до по-слабо размагнитване и входният импулс не се блокира толкова дълго. В крайна сметка изходното напрежение се регулира чрез промяната на напрежението на размагнитване на дросела.