Блок питания компьютера для круглосуточной работы

Полное описание БП от компьютеров и режимы работы.

В данной статье использовались только факты, проверенные и испытанные временем. Автор статьи не ставит своей целью убеждать читателя в чём-либо. И уж тем более не несёт никакой ответственности за ваши эксперименты с вашим же оборудованием. Информация справедлива для блоков питания стоимостью много меньше 40$. Ну так вот. Вернёмся к нашим… ээ.. файл серверам и маршрутизаторам. Как правило в домашних сетях такая вещь не принадлежит конкретному человеку, а собирается из общих комплектующих или на общие деньги. Стараются чтоб было надёжно и подешевле (CPU – Intel, Память – не больше не меньше, сетевухи – NE2000 ISA 10Base2/T). Для полной надёжности и скорости на всё это железо ставят Unix. Ах да!!! совсем забыл. Сюда ещё нужен UPS.

Без стоимости UPS скромная системка потянет на 50..70$ + стоимость HDD для файл сервера. Естественно, что блок питания в такой системе не может стоить 40$

Кто-то возразит: “А у нас старый корпус от брендовой i486.” Угу. А сколько лет этому БП? И сколько лет он ещё должен будет проработать? Будет ли всё это работать долго и безглючно? И так:

Типовая схема блока питания АТ 200W.

 Главный недостаток всех дешевых БП

Вот так выглядит осциллограмма напряжений +5В дешевого БП.

Рис1. Статическая нагрузка 30%

В общем-то всё в пределах нормы. Заметны короткие выбросы напряжения. С увеличением нагрузки – увеличиваются выбросы.Следствие – глюки памяти и других цифровых элементов PC.Отметим, что нагрузка 30% - это большинство PC не обременённых более чем одним HDD. Имеющим простенькую видеокарту и CPU потребляющий не более 15W.

Второй недостаток

В теории сказано, что ИБП очень критичны к нестабильности тока нагрузки.В нашем случае этот недостаток проявляется во всей красе.Так выглядит осциллограмма напряжения +12В при динамической нагрузке.

Рис2. Комбинированная нагрузка 50% (2 и более HDD)

На Рис.2 участок №1 – статическая нагрузка.Участок №2 – HDD в режиме чтение/запись. Характерны провалы напряжения питания +12В. Величина и длительность провала зависит от параметров фильтра блока питания и мощности HDD.Следствие: Из-за нестабильности шины питания +12В жесткий диск начинает хлопать головами по “блинам”. Появляются бэды. Глюки устройств питающихся от шины +12В (ISA карты, COM порты)

Как с этим бороться

Рассмотрим фильтр блока питания.

Рис3. Фильтр (какой он есть)

В большинстве АТ блоках фильтр для шины питания +5В состоит из двух электролитических конденсаторов 1000мкФх10В. Для шины питания +12В одного конденсатора 1000мкФх16В. Для импульсных блоков питания емкость фильтрующих конденсаторов берётся из расчета 500..1000мкФ на 1А тока нагрузки.В нашем случае получаем для шины +5В максимальный ток нагрузки составит 4А. Для шины питания +12В максимальный ток нагрузки составит 2А. В большинстве случаев аварийная ситуация не возникает.Но вот при использовании даже одного HDD типа IBM DPTA 7200RPM (или с аналогичным энергопотреблением) наблюдались вышеуказанные глюки.

Рис4. Фильтр. (какой он должен быть)

Для этой схемы (Рис. 4.) справедливы следующие параметры:Шина +5В – максимальный динамический ток нагрузки 20А. Шина +12В – максимальный динамический ток нагрузки 8А. Электролитические конденсаторы устраняют нестабильность по току.Керамические (2.2мкФ 3..6шт.) устраняют импульсные выбросы напряжения.Рекомендуется серия с низким сопротивлением для импульсных токов(кажись так называется)Каждая фирма маркирует их по своему. Из того, что можно достать в Питере - например Hitano, Серия EXR, рабочая температура до 105 цельсия. Для +5В - две штучки 2200мкФ или 3300мкФ 6,3 или 10В (нужно смотреть габариты, производители БП очень сильно ужимают место)С керамикой ничего посоветовать не могу.Из того что видел отличаются только ТКЕ и точностью ( например +80 -50% ).Думаю в фильтрах такого рода это не принципиально. Тут чем больше емкость, тем лучше. Наверное лучше брать SMD (бескорпусную) и паять с обратной стороны платы прямо на проводники.По поводу катушек в выходных фильтрах:Если нет опыта намотки - лучше не экспериментировать. Если есть возможность купить, то можно попробовать. Или выпаять из мертвого БП.С катушками на выходе - нужно быть очень осторожным. Блок проверять только нагружая на резисторы.После модернизации фильтра смотрим осциллограмму.

Рис5. Статическая нагрузка 30% (шина +5В)

Так выглядит под нагрузкой “поверхность” напряжения брендового блока питания.Присутствуют выбросы напряжения, но они незначительны (много меньше допустимой нормы) и с увеличением нагрузки практически не увеличиваются.Суммарная емкость (мой вариант) электролитических конденсаторов 6800мкФ. Керамических конденсаторов 1.5мкФ. (всё что было под рукой).Для интереса был протестирован блок питания АТХ фирмы PowerMan из корпуса InWin A500 – осциллограмма похожая, но выбросы напряжения отсутствуют.

Рис6. Комбинированная нагрузка 50% (2 и более HDD)

На Рис.6 участок 2 соответствует динамической нагрузке.

Емкость фильтра – один конденсатор 4700мкФх25В (HDD в режиме чтение/запись). Максимальная помеха не более 100мВ.Блок питания АТХ фирмы PowerMan показал примерно тотже результат.

Безопасность/надёжность высоковольтной части БП

Рис7. Осциллограмма сетевого напряжения. Идеальная.

…Опять кто-то выключил свет.

Рис8. Осциллограмма сетевого напряжения. Работа нескольких РС без фильтра.

Кто-то скажет: “ну а нам пофигу гадит наш РС в сеть или нет. Ну сэкономили ушлые китайцы на сетевом фильтре, ну и что.”Возможно вас убедит следующая осциллограмма.

Рис9. Работа в сети (220В) некоторых мощных потребителей.

На Рис9. Участок №1 – работа мощного перфоратора.Участок №2 – включение мощного индуктивного потребителя.(например холодильник или пылесос)Включение индуктивной нагрузки всегда сопровождается мощным всплеском напряжения. Напряжение импульсной помехи рассчитывается по следующей формуле:

Где: - сопротивление контактов в момент размыкания. - сопротивление контура цепи 220В.-напряжение сети. (220В)

Нетрудно догадаться, что числитель всегда больше чем знаменатель.

На осциллограмме (Рис.9) участок 2 - присутствует “провал” сетевого напряжения длительностью 20..500мсек.(Характерно для включения в сеть потребителей с реактивным характером сопротивления)От коротких провалов напряжения спасает UPS.(минимальное время включения бесперебойника 4мсек) Это хорошо если он есть. Возможно понадобится увеличить емкость высоковольтного фильтра постоянного тока. (на Рис.10 – электролиты 680х250V).Обычно установлены 220х200VПри потребляемой мощности 100Ватт запаса емкости (220х200V) хватает на 70..100мсек. Если увеличивать емкость до 680..1000мкФх200В, то не забудьте заменить диодную сборку RS205 (2A 500V) на RS507 (5A 700V). Обязательно наличие терморезистора. 4,7 ... 10 Ом на 10А. На терморезисторах обычно экономят. Ставят обычное сопротивление 1 Ом 1Ватт

Рис.10. Сетевой фильтр + выпрямитель. Какими они должны быть.

 Из всех элементов в схеме фильтра обычного БП присутствует только терморезистор PS405L и предохранитель. (самое необходимое)Иногда ставят симметричный трансформатор (на схеме – 5mH). Само собой - выпрямитель RS205 и высоковольтный фильтр постоянного тока (2 электролита 220х200В)

Увеличение КПД

1 Замена мощных ключевых транзисторов.

Менять будем импортные биполярные KSE13007 (или NT405F, 2SC3306) на наш советский полевик КП948А.

Рис.11 Типовая схема включения полевого транзистора.

Такой вариант годится для АТХ блоков питания, т.к. запуск блока происходит от отдельного маломощного источника питания.Для АТ блоков такая схема не годится. Поэтому я оставил обвязку транзистора как есть, добавив 15В стабилитрон.(как показано на схеме Рис.11) Стабилитроны ставить не обязательно, т.к. прямое напряжение на затворе не превышает 1В (прямой диод),а напряжение его обратного пробоя не более 10В,Конденсаторы 1*50v(Рис12.) стоит ставить керамические (если ставится задача повышения надёжности), высыхание этих электролитов(особенно рядом с горячим радиатором) является основной причиной выхода блока питания из строя, так как недостаточно резко запираются силовые транзисторы.

Рис.12 Рекомендуемая схема включения КП948А для блока АТ.

Не знаю почему –но у меня работает.Падение мощности на транзисторах уменьшается на 3..5Ватт. Хотя стабилитроны я всё таки оставил.Как следствие – перестает греться.

<

2 Выпрямительные диоды.

Мощные выпрямительные диоды ставим на нормальные радиаторы.Подойдёт радиатор от CPU - пилим пополам. Одна половинка на +5В выпрямитель. Вторая - для +12В выпрямителя.Рекомендуют также силовые диодные сборки заменить на наши советские диоды КД2998А. Радиаторы - увеличить. Всё! Теперь вентилятор из БП можно выкинуть.При этом нарушается нормальный теплообмен внутри корпуса.Но если это БП для маршрутизатора – то греться внутри корпуса особо нечему. Если это файл сервер – тогда на свой страх и риск. Хотя Manowar Manowar'ыч утверждает, что у него переделанный АТХ блок питания нагружен на 2HDD 7200RPM + УНЧ и всё это хозяйство работает без вентилятора.

Теги:

• ATX