СОДЕРЖАНИЕ

Перечень условных сокращений 10

Введение 11

1 Обзор блоков питания персональных компьютеров 12

1.1Форм-факторы блоков питания 12

1.2 Определение мощности блока питания 20

1.3 Конструктивное назначение блоков питания 21

2 Описание устройства для тестирования блоков питания.

Постановка задачи дипломного проектирования 23

2.1 Обзор аналога устройства тестирования блока питания 23

2.2 Структурная схема процесса тестирования БП 24

2.3 Описание методики тестирование блока питания 25

2.4 Постановка задачи дипломного проектирования 26

3 Описание функциональной схемы стенда для тестирования

блоков питания 27

4. Подбор основных элементов схемы 32

4.1 Выбор элементной базы 32

4.2 Разработка конструкции устройства 37

4.3 Конструктивно-технологический расчет 43

4.4 Выбор способов обеспечения нормального теплового режима

устройства 48

5. Расчет надежности 51

6. Инженерные рекомендации 56

7. Технико-экономическое обоснование 57

7.1 Описание продукта 57

7.2 Технические характеристики разрабатываемого устройства 57

7.3 Расчет себестоимости и рыночной цены устройства 57

7.4 Расчет себестоимости и рыночной цены аналога 62

7.5 Расчет годовых эксплуатационных издержек 62

7.6 Оценка конкурентоспособности 65

8. Безопасность жизнедеятельности 71

1. 8.1 Производственная безопасность 71

8.2 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 81

Заключение 85

Список используемых источников 86

Приложение А 89

Приложение Б 94

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

AT - передовая технология

АТХ - передовая технология расширенная

BIOS - базовая система ввода-вывода

BTX - сбалансированная технология расширенная

CPU - центральный процессор

HDD -жесткий диск

LAN -локальная сеть

LPX - низкий профиль

PC/XT- расширенная технология

SLI- масштабируемый интерфейс связи

SFX - маленький форм-фактор

БК- блок питания

БН- блок нагрузки

БИ- блок индикации

КМОП- комплементарная логика на МОП-транзисторах

КЕО - коэффициент естественной освещенности

НДС - на добавленную стоимость

ОУ- операционный усилитель

ПК- персональный компьютер

РЭА- радиоэлектронная аппаратура

ТТЛ - Транзисторно-транзисторная логика

УЗО - устройство защитного отключения

ЭВМ- электронная вычислительная машина

ЭЛТ - электронно-лучевая трубка

ЭРЭ - электрорадиоэлементы

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день персональные компьютеры получили широкое распространение. Радиоэлектронная промышленность, бухгалтерская деятельность, сфера банковских и экономических услуг, связь и коммуникации – ни одну из этих областей человеческой деятельности нельзя представить без компьютерной техники. Повсеместное использование персональных компьютеров позволило существенно повысить производительность труда и оптимизировать процессы передачи информации.

---

Современный персональный компьютер представляет собой сложное устройство, состоящее из большого количества составных частей. Одной, из главных составляющих персонального компьютера является блок питания.

Компьютерный блок питания - вторичный источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией постоянного тока, а также преобразования сетевого напряжения до заданных значений.

Выход из строя блока питания ПК является одной из основных неисправностей, диагностируемых при выходе из строя персонального компьютера. На сегодняшний день наибольшее распространение получил форм-фактор блоков питания АТХ. Учитывая повсеместное использование данного типа БП, возникла необходимость в качественном и точном тестировании блоков питания данного форм-фактора.

Все блоки питания стандарта АТХ являются импульсными преобразователями с различными вариациями схемных решений, но с единым принципом работы. Без специального оборудования, в виде управляемых нагрузок, осциллографа и некоторых других устройств невозможно протестировать соответствие стандарту характеристик, указанных на наклейке и в паспорте блока питания.

1 ОБЗОР БЛОКОВ ПИТАНИЯ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

Блок питания - это не только одна из самых важных комплектующих ПК, но и, к сожалению, один их тех компонентов, которым зачастую уделяют слишком мало внимания. Хотя большинство компьютерных энтузиастов осознают важность блока питания, среднестатистический покупатель ПК обычно не осознает. Многие из тех, кто задумывается о выборе блока питания, обращают внимание лишь на формальную характеристику - мощность блока питания - но попыток убедиться на практике в том, что она соответствует заявленной, такие покупатели обычно не предпринимают. Хотя в этом вопросе огромную роль играют многочисленные нюансы, такие как мощность при пиковых нагрузках, шум блока питания в работе, обеспечение стабильного питания без кратковременных падений напряжения, превышения допустимых значений или нестабильной мощности при высокой нагрузке.

Мы всегда уделяли серьёзное внимание выбору блока питания для наших тестовых систем, так как блок питания - это, своего рода, фундамент любого ПК. Потратив больше средств на данный компонент, вы получите более надёжную, стабильную систему. Блок питания столь важен потому, что он обеспечивает работу всех остальных компонентов ПК. 

Компьютерным мастерам известно, что блок питания выходит из строя чаще любой другой детали. Нестабильно функционирующие блоки питания могут привести не только к нестабильной работе других комплектующих, но и к выходу их из строя, если на выходах будут выдавать несоответствующее спецификациям напряжения. Именно из-за огромной важности блока питания следует осмыслить роль и ограничения блока питания, а также возможные проблемы, их причины и пути устранения.

---

1.1Форм-факторы блоков питания

1.1.1 Устаревшие форм-факторы PC/XT. В компьютерных системах PC и XT производства IBM (представленных в 1981 и 1983 годах соответст-

венно) использовался блок питания одного форм-фактора; единственное отличие заключалось в том, что блок питания XT обладал вдвое большей мощностью. Поскольку по внешнему виду и типам разъемов данные блоки не отличаются, при модернизации систем PC можно смело использовать блок питания XT более высокой мощности; таким образом, и зародилась сама идея модернизации блоков питания. Огромная популярность исходных систем PC и XT привела к тому, что многие производители начали выпускать компьютеры, совместимые как по форме, так и по функциям. Компоненты, применяемые в PC/XT совместимых системах, можно было использовать для замены соответствующих компонентов систем производства IBM; данные утверждения справедливы и в отношении блоков питания. Соответствующие блоки питания стандарта PC/XT выпускались многими компаниями. Блоки питания данного форм-фактора в современных системах не используются.

Настольные системы AT были представлены компанией IBM в августе 1984 года, в них использовался блок питания большего размера и другого, по сравнению с PC/XT, форм-фактора. Другие производители очень быстро представили собственные совместимые системы, которые полностью соответствовали конструкции разработки IBM. В подобных системах использовался блок питания форм-фактора AT/Desktop. Сотни производителей начали выпуск системных плат, блоков питания, корпусов и других компонентов, полностью соответствующих исходной конструкции IBM AT. Блоки питания данного форм-фактора в настоящее время не используются.

Конфигурация AT/Tower представляет собой полноразмерную исходную конфигурацию AT, которая расположена горизонтально. Конфигурация Tower (башня) не нова; на самом деле даже на первых системах IBM AT присутствовал специальный логотип, указывающий на возможность постановки системного блока на бок.

В системах AT/Tower использовался такой же блок питания, как и в исходных настольных системах AT, за исключением размещения кнопки включения. В исходных системах AT/Desktop кнопка включения располагалась на панели блока питания (обычно это довольно большая кнопка). В системах AT/Tower, в свою оче-

редь, использовалась внешняя кнопка, которая подключалась к блоку питания с помощью четырехжильного кабеля. Полноразмерный блок питания AT с внешней кнопкой включения называется блоком питания форм-фактора AT/Tower, хотя по размерам он полностью идентичен блоку питания AT/Desktop. Единственное различие заключается в использовании внешней кнопки включения. Этот форм-фактор считается устаревшим.

Следующим распространенным форм-фактором стал LPX, который также называли PS/2 и Slimline. Обозначение PS/2 указывает на то, что данный форм-фактор изначально был представлен в модели IBM PS/2 Model 30 в апреле 1987 года. Блоки питания LPX содержат такие же разъемы для подключения системной платы и жестких дисков, что и блоки питания форм-факторов PC/XT и AT. Блоки питания LPX использовались преимущественно с системными платами LPX, BabyAT и MiniAT.

---

Блоки питания LPX быстро нашли применение в системах различных производителей, после чего стали стандартом дефакто. На протяжении многих лет они использовались практически повсеместно: от низкопрофильных систем с системными платами LPX до систем в корпусах Desktop и Middle Tower с системными платами BabyAT и MiniAT и даже в полноразмерных башнях Tower с платами BabyAT и полноразмерными платами AT. Несмотря на свой устаревший статус, решения LPX (PS/2) до сих пор используются. Форм-фактор также сохранил свое существование, поскольку стал основой для стандартов ATX и PS3, которые широко применяются в современных системах./24/

1.1.2 Современные форм-факторы. Intel представила спецификации ATX в 1995 году, а в 1996 данный форм-фактор начал набирать популярность среди настольных систем на базе процессоров Pentium и Pentium Pro, захватив в первый же год 18% рынка. С 1996 года варианты форм-факторов, созданные на базе ATX, стали доминировать как среди материнских плат, так и среди БП, заменив распространённые ранее стандарты Baby-AT/LPX. Блоки питания, соответствующие стандарту ATX12V, также используются для материнских плат более современного стандарта BTX, который задумывался как замена ATX, что является га-

рантией возможности использования блоков питания на основе стандарта ATX в ближайшие несколько лет. Спецификации ATX12V определяет физическую или механическую форму блока питания, а также конфигурацию разъёмов, которые используются для питания компонентов компьютера.

С 1995 по 2000 год форм-фактор ATX определялся как часть спецификации материнских плат стандарта ATX. Тем не менее, в феврале 2000 года, Intel взяла за основу спецификации актуальной на тот момент версии ATX 2.03 для материнской платы и корпуса компьютера и создала отдельную спецификацию форм-фактора блоков питания - ATX/ATX12V версии 1.0, одновременно добавив дополнительный 4-контактный разъём плюс 12 В (блоки питания с таким разъёмом соответствуют спецификации ATX12V). Коннектор плюс 12 В стал требованием для версии 1.3 стандарта ATX, представленной в апреле 2002 г., после чего остался только стандарт ATX12V. Стандарт ATX12V 2.0 (февраль 2003 г.) лишился 6-контактного дополнительного разъёма, основной разъём стал 24-контактным, а наличие коннекторов питания Serial ATA стали обязательным требованием. Текущая на данный момент версия ATX12V 2.2 представлена в марте 2005 года и содержит лишь мелкие усовершенствования относительно предыдущих версий, как то использование на вилках контактов Molex High Current System.

Так как спецификация БП стандарта ATX была усовершенствована, была изменена также ориентация охлаждающего вентилятора и дизайн БП. Первоначальные спецификации предполагают использование 80-мм вентилятора, закреплённого на внутренней стороне блока питания, откуда он может гнать воздух из задней части корпуса, направляя поток воздуха вдоль материнской платы. Иными словами, такой вентилятор работает в противоположную сторону, чем большинство использующихся ныне вентиляторов, которые отводят горячий воздух от комплектующих. Идея заключается в том, чтобы перенаправить поток воздуха внутри корпуса таким образом, чтобы можно было обойтись всего одним вентилятором на БП, отказавшись от обязательного использования активного охлаждения радиатора CPU.

---

Рисунок 1 – Схема блока питания стандарта ATX12V 2.x с основным 24-контактным кабелем питания, 4-контактным дополнительным разъёмом плюс 12В, а также дополнительными разъёмами питания видеокарт, подключённых к шине PCI Express.

На рисунке 1 представлена схема блока питания стандарта ATX12V 2.x с

основным 24-контактным кабелем питания. Форм-фактор ATX решил несколько проблем, актуальных для предшествующих форм-факторов PC/XT, AT и LPX. Одна из них состояла в том, что платы стандартов PC/XT/AT были оснащены всего двумя разъёмами для кабелей питания. При некорректном подключении кабелей питания, как правило, сгорали и блок питания, и материнская плата. Большинство ответственных производителей пытались придумать специальный ключ, который позволял бы подключать данные кабели только в правильной последовательности.

Тем не менее, большинство производителей, предлагавших дешёвые системы, не предусматривали такой защиты на блоках питания или платах. Форм-фактор ATX предполагает гнезда на материнской плате и разъемы блока питания по умолчанию спроектированные с наличием «защиты от дурака» - то есть их можно подключить только правильным образом. Кроме того, среди разъёмов появилось низковольтная линия ATX плюс 3.3 В, что снижает необходимость в распайке дополнительных стабилизаторов напряжения непосредственно на плате для тех компонентов, которые используют это напряжение./25/

Новые разъёмы плюс 3.3 В на блоках питания ATX имеют другой набор выходов, который обычно не заметен на стандартном БП. Набор включает выходы Power_On (PS_ON) и 5V_Standby (5VSB), о которых говорилось чуть ранее и которые отвечают за режим Soft Power (программное управление питанием). Они обеспечивают работу таких функций, как Wake on Ring или Wake on LAN, то есть когда сигнал от модема или сети может использоваться для того, чтобы компьютер вышел из спящего режима или автоматически включился для выполнения запланированных задач. Эти сигналы также можно включить через специфические кнопки управления питанием, которые предусмотрены на большинстве современных клавиатур. В частности, опция включения с помощью кнопки на клавиатуре или по сети доступна, даже когда компьютер выключен, но подсоединён к источнику питания, так как линия 5V_Standby всегда находится под напряжением. Сами же функции расширенного управления питанием можно включить или отключить через BIOS.

Intel представила материнскую плату форм-фактора microATX в декабре 1997 г. В то же время был представлен и блок питания уменьшенного размера - Small Form Factor (SFX). Несмотря на это, большинство шасси microATX по-прежнему использовали стандартный блок питания ATX. Но затем в марте 1999 года Intel представила дополнение FlexATX к спецификации microATX для миниа-

тюрных материнских плат, использующихся в бюджетных настольных системах, а

также промышленных ПК.

---