Файл: Пояснительная записка.docx

С этого времени корпуса стандарта SFX стали использоваться во многих компактных настольных системах. В отличие от большинства спецификаций для блоков питания, где указаны физические габариты, стандарт SFX описывает пять различных физических форм для блоков питания, некоторые из которых нельзя заменить как отдельный модуль. Кроме того, произошли изменения в наборе разъёмов БП, так как спецификация претерпела изменения. Таким образом, при покупке блока питания стандарта SFX/SFX12V следует убедиться, что выбран блок правильной разновидности, который физически поместится в корпус, а также имеет правильные разъёмы для подключения к материнской плате.

Количество и тип разъёмов менялись по ходу эволюции стандарта SFX. Оригинальная спецификация блока питания включает один 20-контактный разъём для материнской платы. Дополнительный 4-контактный коннектор плюс 12В для независимого питания CPU появился как опция в спецификации ревизии 2.0, представленной в мае 2001 года, и стал обязательным в ревизии 2.3 (апрель 2003 г.), так что в итоге дальше развивалась только спецификация SFX12V. В SFX12V версии 3.0 основной коннектор питания трансформировался из 20-контактного в 24-контактный, а среди требований появились разъёмы Serial ATA. В данный момент актуальной считается версия 3.1, которая была представлена в марте 2005 и содержит незначительные отличия, в частности, использование в разъёмах контактов Molex High Current System.

SFX12V имеет несколько физических вариантов компоновки, один из которых называется PS3. Стандартный блок питания SFX/SFX12V оснащён 60-мм вентилятором, расположенным внутри блока питания, лицевой стороной к внутренностям компьютера. Вентилятор втягивает горячий воздух внутрь БП из корпуса и выводит его через заднюю панель. Расположение вентилятора в данном месте обусловлено соображениями снижения уровня шума и сохраняет стандартный тип системы охлаждения с нагнетанием отрицательного давления внутри корпуса. В системе также могут использоваться дополнительные вентиляторы для охлажде-

ния процессора и корпуса, независимые от блока питания.

Рисунок 2 – Стандартный блок питания форм-фактора SFX/SFX12V, оснащённый внутренним вентилятором 80 мм

Блоки питания SFX12V спроектированы специально для миниатюрных систем, которые содержат ограниченный набор комплектующих и ограничены в возможностях модернизации. Большинство БП стандарта SFX сконструированы для обеспечения мощности от 80 до 300 Вт под постоянной нагрузкой и имеют четыре линии питания: плюс 5 В, плюс 12 В, минус 12 В и плюс 3.3 В. Мощность такого блока питания является достаточной для компактной системы, оснащённой про-

цессором, графическойкартой AGP либо PCI-E x16, до четырёх слотов карт расширения, а также трёх внутренних накопителей, таких как жёсткие диски и оптические приводы.

---

Хотя Intel создавала спецификацию блоков питания SFX12V, имея в виду материнские платы стандартов microATX и FlexATX, SFX представляет собой не зависящий от типа материнской платы форм-фактор блоков питания, который может столь же успешно применяться с другими материнскими платами. В частности, блока питания версии PS3 стандарта SFX12V может использоваться как полноценная замена БП ATX12V по той причине, что коннекторы для данных двух стандартов идентичны. Блок питания SFX использует точно такие же 20-жильные или 24-жильные разъёмы, что определены в спецификации стандарта ATX/ATX12V, и включают линии Power_On и 5V_Standby. Блок питания SFX12V включает дополнительный 4-контактный разъём плюс 12 В для питания CPU, точно так же, как прописано в стандарте ATX12V. Использовать ли в той или иной системе блок питания ATX или SFX, в большей степени зависит от корпуса или шасси, чем от материнской платы. Каждый форм-фактор имеет те же самые разъёмы питания, а основная разница заключается в физической компоновке и габаритах.

1.2 Определение мощности блока питания

Каждый блок питания имеет несколько выходных каналов с различным напряжением и рассчитан на определенную долговременную мощность по каждому из них. Современный стандарт предписывает наличие каналов с напряжением плюс 5В, плюс 12В, плюс 3.3В, минус12В и дежурное напряжение плюс 5В. Общая мощность обычно обозначена в ваттах на наклейке (по-английски звучит как Total Power). Эта величина представляет собой сумму всех мощностей по каждому из каналов и легко подсчитывается суммированием произведения токов на соответствующие напряжения. К примеру, у нас имеется блок питания с мощностью 500 ватт, с указанными допустимыми токами: плюс 3.3В (30А), плюс 5В (30А), плюс 12В (40А), минус12В (0.8А), плюс 5Вд( 2.5А). Перемножив и просуммировав, по-

лучаем итоговую цифру (250+480+9.6+12.5) = 752.1 Вт. Дело в том, что существует взаимная зависимость каналов их совместной максимальной мощности. На наклейке указано, что максимальная мощность по каналам плюс 3.3В и плюс 5В не может превышать 152 Вт в любом случае, а общая суммарная мощность каналов плюс 12В и плюс 3.3 и 5В не должна превысить 480 Вт. То есть, мы можем нагрузить блок на полную мощность по плюс 12В, оставив без нагрузки низковольтные каналы, либо при полной мощности каналов плюс 3.3 и плюс 5В (152 Вт в нашем случае), можем использовать только 328 Вт по плюс 12В. Поэтому при подсчетах нужно быть внимательным и всегда обращать внимание на допустимую комбинацию нагрузки по каждой линии. Обычно это указано на наклейке, в виде общей ячейки с единой величиной мощности для нескольких каналов рисунок 3. С учетом этого фактора новый пересчет мощности будет выглядеть так: 152+328+9.6+12.5=502.1 Вт, либо 0+480+9.6+12.5=502.1 Вт, либо любая из допустимых вариаций между этими двумя крайними значениями распределения мощностей по каналам./48/

---

Blue Storm II 500 www.FS-group.com
AC Input	100-240 VAC ≈8-4 A 50-60 Hz
DC Output	+3.3 V	+5V	+12V1	+12V2	-12V	+5Vsb
Max Output Current	20A	20A	15A	15A	0.8A	2.5A
Max Combined Power	152W 480W				20W
Total Power	500 W
Max Peak Power	530W

Рисунок 3 – Параметры мощности блока питания

1.3 Конструктивное назначение блоков питания

1.3.1 Модульные блоки питания. Модульные блоки питания отличаются тем, что ненужные провода можно просто отсоединить. Это избавляет пользователя от бесконечных проводов в корпусе и улучшает вентилируемость.

Рисунок 4 – Модульный блок питания

1.3.2 Без вентиляционные блоки питания. Блоки питания с пассивным охлаждением, соответственно самые тихие, то есть, не слышимы. Но такие блоки питания не рассчитаны на большую мощность. Отсутствие дополнительного вентилятора в системном блоке избавляет от лишнего шума и накопления пыли.

Рисунок 5 – Без вентиляционный блок питани

1.3.3 Блоки питания для видеокарт. Работают с основным блоком питания, он снижает нагрузку основного блока питания в случае установки SLI видеокарт не требуется, замена имеющегося блока питания (если он не «SLI ready»). Поддерживают стабильную работу видеокарт при оверклокинге./23/

Рисунок 6 – Блок питания для видеокарт

2 ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВA ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ БЛОКОВ

ПИТАНИЯ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ДИПЛОМНОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2.1 Анализ аналога устройства тестирования блока питания

Поиск неисправностей в БП АТХ при условии исправных сетевом предохранителе, выпрямительном мосте, конденсаторов фильтра и наличия питающего напряжения 310В на схеме силового каскада преобразователя значительно облегчается при использовании диагностического стенда.

Существует ряд устройств для тестирования блоков питания ПК. Большинство тестеров определяют только наличие основных напряжений на выходе блока питания ATX: плюс 5В, плюс 12В, плюс 3,3В и, так называемое, «дежурное напряжение» плюс 5ВSb.

Рисунок 7 – Простой тестер блока питания

Несмотря на свою простоту, позволяет даже без измерительных приборов, моментально оценить работоспособность любого блока питания компьютера, не извлекая его из системного блока.

Тестер обеспечивает нагрузку каждого выхода проверяемого блока током, равным приблизительно 10 % максимума, допустимого для наиболее распространенных в бытовых компьютерах блоков питания.

2.2 Структурная схема процесса тестирования БП

Устройство состоит из следующих модулей: блока питания, блока нагрузок и блока индикатора.

Рисунок 8 – Структурная схема стенда для тестирования блоков питания АТХ

Каждый блок питания (БП) имеет несколько выходных каналов с различным напряжением и рассчитан на определенную долговременную мощность по каждому из них. Современный стандарт предписывает наличие каналов с напряжением плюс 5В, плюс 12В, плюс 3.3В и дежурное напряжение плюс 5В. На рисунке 9 приведена структурная схема функциональных узлов БП АТХ./19/

---

Рисунок 9 – Структурная схема функциональных узлов БП АТХ

Блок нагрузок (БН) необходим по той причине, что современные БП не приспособлены для работы в режиме «холостого хода». К тому же, проверка работы источника питания под нагрузкой, позволяет более точно оценить разницу между номинальными и реальными рабочими напряжениями на выходе БП.

Рисунок 10 – Структурная схема блок нагрузок

Блок индикации (БИ) предназначен для предоставления пользователю наглядной и удобной для восприятия информации о наличие напряжений.

2.3 Описание методики тестирование блока питания

Методика тестирование блока питания, включает себя:

- проверка заявленных значений отклонения напряжений при не максимальной нагрузке;

- тестирование БП с различными вариантами нагрузки, составляющей до 100 процентов от указанной максимальной выходной мощности.

Отклонение питающих напряжений от номинальных значений не должно превышать значений, приведенных в таблице 1.

Таблица 1 - Отклонение питающих напряжений от номинальных значений

Выходное напряжение, В	+3.3	+5.0	+12.0	+5.0 SB	GND
Цвет провода	оранжевый	красный	желтый	синий	черный
Допустимое отклонение, %	±5	±5	±5	±5	0
Допустимое минимальное напряжение	3.1	4.8	11.0	4.8	0
Допустимое максимальное напряжение	3.3	5.3	12.6	5.1	0

Тестирование будет заключаться в эксплуатации БП с переменной нагрузкой, составляющей 33, 67 и 100 процентов от заданных токов, рассчитанных в предыдущем пункте. Период смены значений токов будет составлять примерно две минуты. Максимальная выходная мощность является штатным режимом работы блока питания.

2.4 Постановка задачи дипломного проектирования

В ходе дипломного проектирования необходимо разработать устройство, позволяющую измерять четыре основных характеристик блоков питания форм-фактора ATX. По своим характеристикам, измеряемым напряжениям и функциональности схема должна быть сопоставима с промышленными аналогами, но отличается габаритными размерами, малой погрешностью и экономического изготовления. Данное устройство предназначено для измерения и наглядной индикации уровня напряжения выводах БП.

Разрабатываемое устройство должно удовлетворять следующим требованиям:

- компактность;

- простота настройки;

- широкий диапазон измерений.

3 ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ СТЕНДА ДЛЯ

ТЕСТИРОВАНИЯ БЛОКОВ ПИТАНИЯ

По рисунку 8 видно, что схема состоит из блока нагрузки и блока индикации. Составим функциональную схему стенда.

Рисунок 11 – Функциональная схема стенда

Мощные полевые транзисторы применялись в качестве эквивалента нагрузки постоянного тока уже давно. Наиболее типичный способ исполнения приведен на рисунке 12.

---

Рисунок 12 – Эквивалент нагрузки

Где напряжению Vstb соответствует стабилизированное напряжение от 7В до 12В, а проводники плюс V и минус V подключаются, соблюдая полярность, непосредственно к клеммам источника питания, нуждающегося в нагрузке.

Индикация собирается на микросхеме LM3914. Она может работать в двух режимах: режим «точка» - при котором загорается только один светодиод, и «столбиковый» режим, при котором загорается несколько светодиодов по нарастающей. Данная схема работает в «столбиковом» (bar) режиме, для этого 9 вывод микросхемы подключен к плюсу источника питания.

При работе в режиме bar, соответственно и увеличивается энергопотребление LM3914. Когда все 10 сегментов индикатора горят, то LM3914 потребляет почти в 10 раз больше чем, если бы горел только один светодиод (сегмент). Для предотвращения выгорания микросхемы LM3914 необходимо следить, чтобы ток светодиодов не превысил максимально допустимый.

Для измерения и индикации напряжения на каждом из четырёх каналов используется одна микросхема LM3914 и десять светодиодов. Вольтметры для каналов плюс 5 В и плюс 5В SB идентичны. Максимальная рассеиваемая мощность микросхемы не должна превышать 1365 мВт. И если предположить, что подводимое максимальное напряжение составит 12.8 В, то максимально возможный ток составит:

Таким образом ток, каждого сегмента индикатора не должен превышать 105.8/10 =10.58 мА. В схеме, сопротивление резистора R₁ (4.7 кОм) задает максимальный ток светодиодов. Ток светодиода примерно в 10 раз больше тока, который проходит через данный резистор I_R3 = 1.25 / 4700 = 266 мкА. Таким образом, ток на каждый светодиод ограничен значением 2.6 мА, что намного меньше допустимого.

Теперь разберем R₂, который устанавливает верхний порог (вывод 6). На выводе микросхемы 6 необходимо установить напряжение на уровне 5.5 В. Зная значение тока проходящего через R₁, а также прибавив сюда ток «error current» с 8 вывода микросхемы (120 мкА), мы можем рассчитать сопротивление R₂:

5.5В = 1.25В + R₂(120мкА+266мкА) (2)

Тогда:

Сопротивлением R₃ устанавливается нижняя граница напряжения.

где R_A = 10 ∙ 1к внутренние резисторы LM3914;

R_B = R₃;

V_I = верхняя граница напряжения 5.5 В;

V_O = нижняя граница напряжения 4.6 В;

Получим:

R₃ = 51кОм и больше (мы выбираем подстроечный резистор 100 кОм).

К подстроечному резистору последовательно добавляем дополнительный резистор сопротивлением 3.9 кОм.

Для измерения напряжения на канале +12 В использовался дополнительный делитель напряжения, так как амплитуда входного сигнала на микросхеме не должна превышать 12 В. Делитель состоит из двух резисторов номиналом 1.5 кОм и таким образом напряжение, снимаемое с делителя находится в диапазоне от 4.5 В до 6.4 В, в то время как входное напряжение будет от 11.2В до 12.8В. 

Зная верхний порог 6.4 В, подставляя в формулу (2), находим R₈:

Сопротивлением R₉ устанавливается нижняя граница напряжения, подставляя значения формулу (3) V_I = 6.4 В, V_O = 4.6 В, отсюда следует:

---