Почему в компьютерных блоках питания напряжения 3,5, 5 вольт и 12 вольт

 Если вам доводилось держать в руках компьютерный блок питания, то вы наверняка обращали внимание не только на количество различных штекеров для подключения будь то к материнской плате, к жесткому диску, к приводу, но и на цветовую гамму проводов идущих от БП к этим штекерам. 
 На самом деле эти цвета выбраны не ради красоты или наобум, а имеют и свои четкие стандарты по питанию для каждого цвета.

 

Черный — общий провод, «земля», GND.
Белый — минус 5V.
Синий — минус 12V.
Желтый — плюс 12V.
Красный — плюс 5V.
Оранжевый — плюс 3.3V.
Зеленый — включение (PS-ON)
Серый — POWER-OK (POWERGOOD)

Однако мне хотелось бы рассказать даже не о принятой цветовой маркировке и напряжении для конкретного цвета, а о том, почему же нужен именно такой набор напряжений, то есть что питается таким напряжением в нашем системном блоке.

Что относительно 12 вольт, то это, прежде всего, напряжение на движущиеся элементы, то есть приводы и вентиляторы.

Что относительно минусовых значений питания на минус 5 и минус 12, то это отчасти уже рудимент, который применялся опять же для весьма раритетной техники. Как мне видится это будет постепенно сходить на нет. Наиболее интересными по питанию получаются напряжения на 3,3 и 5 вольт. По факту именно эти напряжения рассчитаны на работу с микросхемами и микроконтроллерами, то есть с логическими элементами в системном блоке. Однако почему нельзя и все свести к одному питанию, ведь так куда проще и легче? 

На самом деле ответ на этот вопрос весьма прост. Все дело в разной технологии логических элементов установленных в одной сборке.

Итак, на сегодняшний день мы имеем две основных технологии: 

1. Транзисторно-транзисторная логика (аббревиатура ТТЛ или TTL по-английски) — технология построения электронных схем на основе биполярных транзисторов и резисторов. Название транзисторно-транзисторный появилось по причине того, что транзисторы использовались одновременно как для выполнения логических функций (И, НЕ, ИЛИ) и тут же для усиления выходного сигнала. То есть такое смешение логических и аналоговых элементов.
2. Элементы логики на комплементарной структуре металл-оксид-полупроводник (кратко КМОП или по-английски CMOS — complementary metal-oxide-semiconductor). Указанная структура КМОП представляет собой наборы полевых транзисторов.

Именно эти две технологии существуют и сегодня. Каждая из них обладает своими плюсами и минусами. Однако благодаря постоянному прогрессу многие недостатки в полупроводниковых элементах были искоренены или положение дел близко к тому, чтобы избавиться от них. Так появились микросхемы с быстродействующей КМОП. Однако еще по-прежнему в зависимости от задач, которые решаются с помощью микросхем, наилучшим образом подходит либо ТТЛ, либо КМОП микросхемы.

Здесь же пришло самое время сказать о всех плюсах и минусах. И эта информация будет сведена в таблицу.

Характеристика	ТТЛ	КМОП	Быстродействующий КМОП
Название	Транзисторно-транзисторная логика	Комплементарный металл-оксид полупроводник	Быстродействующий комплементарный металл-оксид полупроводник
Серия зарубежных микросхем	• 74xx — старое оригинальное поколение • 74Sxx — более высокоскоростная серия с диодами Шоттки (Schottky) • 74LSxx — серия с диодами Шоттки (Schottky), потребляющая малую мощность • 74ALSxx — продвинутая серия с диодами Шоттки (Schottky) с низким потреблением мощности • 74Fxx — более быстрая серия, чем серия 74ALSхх.	• 40xx — старое оригинальное поколение • 40xxB — серия 4000B была улучшена, но также чувствительна к  статическому электричеству.	• 74HCxx — высокоскоростные КМОП- микросхемы с номерами, соответствующими семейству ТТЛ. Назначение выходов также совпадает с аналогичными выходами микросхем ТТЛ, однако входные и выходные напряжения не совпадают с та- кими же напряжениями ТТЛ- микросхем • 74HCTxx — аналогична предыдущей серии 74HCхх, но адаптирована для совместного использования с микросхемами семейства ТТЛ по напряжению  74ACxx — продвинутая версия серии 74HCхх, она быстрее и обладает большей выходной мощностью • 74ACTxx — аналогична предыдущей серии 74ACхх, но адаптирована для совместного использования с микросхемами семейства ТТЛ. • 74AHCxx — продвинутая высокоскоростная серия КМОП • 74AHCTxx — аналогична предыдущей серии 74AНCхх, но адаптирована для совместного использования с микросхемами семейства ТТЛ
Серия отечественных микросхем	К155 К131	К561 К176	КР1554 КР1564
Быстродействие	Высокое	Низкое	Высокое
Напряжение питания, В	5±0,5	3. ..15	2…6
Потребляемый ток (без нагрузки), мА	20	0,002 — 0,1	0,002 — 0,1
Уровень напряжения для логического 0, В	0,5	0,05	0,5 — 1,8
Уровень напряжения для логической 1, В	2,4	Приблизительно равно напряжению питания	Приблизительно равно напряжению питания
Чувствительность к статическому электричеству	Низкая	Высокая	Средняя

Еще раз о том же самом, но в другой форме.

Микросхемы на основе ТТЛ

Преимущества:
1. Высокое быстродействие (десятки мегагерц).
2. Относительно низкая чувствительность к воздействию статических зарядов.
Недостатки:
1. Высокое энергопотребление и большое падение напряжения на выходах микросхемы (при логической 1 на выходах напряжение существенно ниже напряжения питания).
2. Высокие требования к напряжению питания (отклонение не более 0,5 В от номинального).
3. Низкая помехоустойчивость из-за низкого порога срабатывания логического элемента.
Сфера применения:
Благодаря своему очень высокому быстродействию микросхемы на основе ТТЛ получили широкое распространение в компьютерах и различных вычислительных системах, в основном стационарных, где нет острого вопроса по энергопотреблению. Кроме этого, применяются они в электронных музыкальных инструментах, а также в контрольно-измерительной аппаратуре и автоматике. Однако при их использовании всегда необходимо уделять особое внимание стабилизации питания, иначе микросхема либо не будет работать, либо сгорит от даже незначительного превышения напряжения питания. По этой же причине всегда следует принимать усилия по согласованию уровней напряжения, если планируется использование ТТЛ-микросхем совместно с другим типом микросхем. При работе с ТТЛ-микросхемами не забывайте подтягивать неиспользуемые входы к «земле» или «питанию» (в зависимости от того, что надо получить от микросхемы). Данная мера необходима в связи с низкой помехоустойчивостью.

Микросхемы на основе КМОП

Преимущества:
1. Низкие требования к питанию. Микросхемы стабильно работают при широком диапазоне питающих напряжений. В последних поколениях диапазон сузился, но все равно остается широким по сравнению с ТТЛ-микросхемами.
2. Низкое энергопотребление, которое делает их идеальными для мобильных устройств (в статическом состоянии почти не потребляет энергии).
3. На выходах логическая 1 близка к напряжению питания, а логический ноль близок к «земле».
4. Порог переключения логических элементов низок и составляет половину напряжения питания, что вместе с п. 3 упрощает работу с цифровой логической обработкой сигналов и почти не требует их усиления.
5. Высокая помехоустойчивость благодаря широким допускам напряжения как при логическом 0, так и при логической 1.
Недостатки:
1. Относительно высокая чувствительность к воздействию статических зарядов. Микросхемы первых поколений очень сильно боялись статического напряжения и легко выходили из строя от неаккуратного обращения. Микросхемы последнего поколения стали более устойчивыми, но все равно требуют антистатических мер предосторожности.
2. Менее высокое быстродействие, чем у ТТЛ-микросхем — особенно у микросхем первых поколений. Несмотря на то, что современные КМОП-микросхемы по быстродействию значительно улучшили свои позиции, они все равно уступают по этому параметру микросхемам семейства ТТЛ.
3. Быстродействие сильно зависит от напряжения питания. На низких напряжениях 2-3 вольта быстродействие уменьшается в несколько раз по сравнению с напряжением питания 6 В.
4. Высокоомность входов микросхем. Во избежание наводок или воздействия статического электричества необходимо неиспользуемые входы подключать к «земле» или питанию в зависимости от сигнала, требуемого по умолчанию.

Современные тенденции применения микросхем на разных логиках 

Изначально КМОП-микросхемы выполняли функцию энергосберегающей, но медленной альтернативы ТТЛ-микросхемам. Поэтому они КМОП нашли применение прежде всего там, где требовалась продолжительная автономная работа, но была не сильно важна производительность: в электронных часах, калькуляторах и других устройствах с питанием от батареек.
Однако по мере развития вычислительных систем и наращивания их производительности, в том числе с помощью увеличения плотности электронных компонентов в микросхеме, встала проблема рассеивания энергии на элементах. Поэтому технология КМОП стала оказываться в выигрышном положении по сравнению с ТТЛ. В итоге продолжительной работы по совершенствованию технологии КМОП были достигнуты результаты по скорости переключения и плотности монтажа, превосходящие решения на биполярных транзисторах. Поэтому в настоящее время КМОП-микросхемы обладают высокой популярностью для решения самых разных задач. Это значит лишь одно, что вполне скоро в наших БП для компьютера мы можем лишиться напряжения питания в 5 вольт, хотя это видимо будет не скоро.

 А сейчас не смотря на проблему с питанием существует еще и проблема согласования одной логики с другой, ведь по сути обращение транзисторной логики к КМОП логики, скажем к памяти не возможно осуществить без такого согласования. Что тоже не очень удобно. ..

Как устроен блок питания, который работает в каждом системнике / Хабр

Блок питания извлечён из корпуса. Пучок проводов слева подключается к компьютеру. Большой компонент посередине типа трансформатора — это фильтрующий индуктор. Кликабельно, как и все фотографии в статье

Вы когда-нибудь задумывались, что находится внутри блока питания (БП) вашего компьютера? Задача БП — преобразовать питание из сети (120 или 240 В переменного тока, AC) в стабильное питание постоянного, то есть однонаправленного тока (DC), который нужен вашему компьютеру. БП должен быть компактным и дешёвым, при этом эффективно и безопасно преобразовывать ток. Для этих целей при изготовлении используются различные методы, а сами БП внутри устроены гораздо сложнее, чем вы думаете.

В этой статье мы разберём блок стандарта ATX и объясним, как он работает¹.

Как и в большинстве современных БП, в нашем используется конструкция, известная как «импульсный блок питания» (ИБП). Это сейчас они очень дёшевы, но так было не всегда. В 1950-е годы сложные и дорогие ИБП использовались разве что в ракетах и космических спутниках с критическими требованиями к размеру и весу. Однако к началу 1970-х новые высоковольтные транзисторы и другие технологические усовершенствования значительно удешевили ИБП, так что их стали широко использовать в компьютерах. Сегодня вы можете за несколько долларов купить зарядное устройство для телефона с ИБП внутри.

Наш ИБП формата ATX упакован в металлический корпус размером с кирпич, из которого выходит множество разноцветных кабелей. Внутри корпуса мы видим плотно упакованные компоненты. Инженеры-конструкторы явно были озабочены проблемой компактности устройства. Многие компоненты накрыты радиаторами. Они охлаждают силовые полупроводники. То же самое для всего БП делает встроенный вентилятор. На КДПВ он справа.

Начнём с краткого обзора, как работает ИБП, а затем подробно опишем компоненты. Своеобразный «конвейер» на фотографии организован справа налево. Справа ИБП получает переменный ток. Входной переменный ток преобразуется в высоковольтный постоянный ток с помощью нескольких крупных фильтрующих компонентов. Этот постоянный ток включается и выключается тысячи раз в секунду для генерации импульсов, которые подаются в трансформатор. Тот преобразует высоковольтные импульсы в сильноточные низковольтные. Эти импульсы преобразуются в постоянный ток и фильтруются, чтобы обеспечить хорошее, чистое питание. Оно подаётся на материнскую плату, накопители и дисководы через кабели на фотографии слева.

Хотя процесс может показаться чрезмерно сложным, но большинство бытовой электроники от мобильника до телевизора на самом деле питаются через ИБП. Высокочастотный ток позволяет сделать маленький, лёгкий трансформатор. Кроме того, импульсные БП очень эффективны. Импульсы настраиваются таким образом, чтобы обеспечить только необходимую мощность, а не превращать избыточную мощность в отработанное тепло, как в линейном БП.

Первым делом входной переменный ток проходит через цепь входного фильтра, которая фильтрует электрический шум, то есть беспорядочные изменения электрического тока, ухудшающие качество сигнала.

Фильтр ниже состоит из индукторов (тороидальных катушек) и конденсаторов. Квадратные серые конденсаторы — специальные компоненты класса X для безопасного подключения к линиям переменного тока.

Компоненты входного фильтра

Переменный ток с частотой 60 герц в сети меняет своё направление 60 раз в секунду (AC), но компьютеру нужен постоянный ток в одном направлении (DC). Полномостовой выпрямитель на фотографии ниже преобразует переменный ток в постоянный. Выходы постоянного тока на выпрямителе отмечены знаками ? и +, а переменный ток входит через два центральных контакта, которые постоянно меняют свою полярность. Внутри выпрямителя — четыре диода. Диод позволяет току проходить в одном направлении и блокирует его в другом направлении, поэтому в результате переменный ток преобразуется в постоянный ток, протекающий в нужном направлении.

На мостовом выпрямителе видна маркировка GBU606. Цепь фильтра находится слева от выпрямителя. Большой чёрный конденсатор справа — один из удвоителей напряжения. Маленький жёлтый конденсатор — это специальный керамический Y-конденсатор, который защищает от всплесков напряжения

Ниже — две схемы, как работает мостовой выпрямитель. На первой схеме у верхнего входа переменного тока положительная полярность. Диоды пропускают поток на выход DC. На второй схеме входы переменного тока поменяли полярность, как это происходит постоянно в AC. Однако конфигурация диодов гарантирует, что выходной ток остаётся неизменным (плюс всегда сверху). Конденсаторы сглаживают выход.

На двух схемах показан поток тока при колебаниях входного сигнала AC. Четыре диода заставляют ток течь в направлении по стрелке

Современные БП принимают «универсальное» входное напряжение от 85 до 264 вольт переменного тока, поэтому могут использоваться в разных странах независимо от напряжения в местной сети. Однако схема этого старого БП не могла справиться с таким широким диапазоном. Поэтому предусмотрен переключатель для выбора 115 или 230 В.

Переключатель 115/230 В

Переключатель использует умную схему с удвоителем напряжения. Идея в том, что при закрытом переключателе (на 115 В) вход AC обходит два нижних диода в мостовом выпрямителе, а вместо этого подключается непосредственно к двум конденсаторам. Когда «плюс» на верхнем входе AC, полное напряжение получает верхний конденсатор. А когда «плюс» снизу, то нижний. Поскольку выход DC идёт с обоих конденсаторов, на выходе всегда получается двойное напряжение. Дело в том, что остальная часть БП получает одинаковое напряжение независимо от того, на входе 115 или 230 В, что упрощает его конструкцию. Недостаток удвоителя в том, что пользователь обязан установить переключатель в правильное положение, иначе рискует повредить БП, а для самого БП требуются два больших конденсатора. Поэтому в современных БП удвоитель напряжения вышел из моды.

Схема удвоителя напряжения. Каждый конденсатор получает полный вольтаж, поэтому на выходе DC двойное напряжение. Серые диоды не используются в работе удвоителя

В целях безопасности высоковольтные и низковольтные компоненты разделены механически и электрически, см. фотографию ниже. На основной стороне находятся все цепи, которые подключаются к сети AC. На вторичной стороне — низковольтные цепи. Две стороны разделены «пограничной изоляцией», которая отмечена зелёным пунктиром на фотографии. Через границу не проходит никаких электрических соединений. Трансформаторы пропускают энергию через эту границу через магнитные поля без прямого электрического соединения. Сигналы обратной связи передаются на основную сторону с помощью оптоизоляторов, то есть световыми импульсами. Это разделение является ключевым фактором в безопасной конструкции: прямое электрическое соединение между линией AC и выходом БП создаёт опасность удара электрическим током.

Источник питания с маркировкой основных элементов. Радиаторы, конденсаторы, плата управления и выходные кабели удалены ради лучшего обзора (SB означает источник резервного питания, standby supply)

К этому моменту входной переменный ток преобразован в высоковольтный постоянный ток около 320 В². Постоянный ток нарезается на импульсы переключающим (импульсным) транзистором (switching transistor на схеме выше). Это силовой МОП-транзистор (MOSFET)³. Поскольку во время использования он нагревается, то установлен на большом радиаторе. Импульсы подаются в главный трансформатор, который в некотором смысле является сердцем БП.

Трансформатор состоит из нескольких катушек проволоки, намотанных на намагничиваемый сердечник. Высоковольтные импульсы, поступающие в первичную обмотку трансформатора, создают магнитное поле. Сердечник направляет это магнитное поле на другие, вторичные обмотки, создавая в них напряжение. Так ИБП безопасно вырабатывает выходной ток: между двумя сторонами трансформатора нет электрического соединения, только соединение через магнитное поле. Другим важным аспектом является то, что в первичной обмотке много оборотов проволоки вокруг сердечника, а на вторичных контурах гораздо меньше. В результате получается понижающий трансформатор: выходное напряжение намного меньше входного, но при гораздо большем вольтаже.

Переключающий транзистор³ управляется интегральной схемой под названием «ШИМ-контроллер режима тока UC3842B». Этот чип можно считать мозгом БП. Он генерирует импульсы на высокой частоте 250 килогерц. Ширина каждого импульса регулируется для обеспечения необходимого выходного напряжения: если напряжение начинает падать, чип производит более широкие импульсы, чтобы пропускать больше энергии через трансформатор⁴.

Теперь можно посмотреть на вторую, низковольтную часть БП. Вторичная схема производит четыре выходных напряжения: 5, 12, ?12 и 3,3 вольта. Для каждого выходного напряжения отдельная обмотка трансформатора и отдельная схема для получения этого тока. Силовые диоды (ниже) преобразуют выходы трансформатора в постоянный ток. Затем индукторы и конденсаторы фильтруют выход от всплесков напряжения. БП должен регулировать выходное напряжение, чтобы поддерживать его на должном уровне даже при увеличении или уменьшении нагрузки. Интересно, что в БП используется несколько различных методов регулирования.

Крупным планом показаны выходные диоды. Слева вертикально установлены цилиндрические диоды. В центре — пары прямоугольных силовых диодов Шоттки, в каждом корпусе по два диода. Эти диоды прикреплены к радиатору для охлаждения. Справа обратите внимание на два медных провода в форме скоб. Они используются в качестве резисторов для измерения тока

Основными являются выходы 5 и 12 В. Они регулируются одной микросхемой контроллера на основной стороне. Если напряжение слишком низкое, микросхема увеличивает ширину импульсов, пропуская больше мощности через трансформатор и увеличивая напряжение на вторичной стороне БП. А если напряжение слишком высокое, чип уменьшает ширину импульса. Примечание: одна и та же схема обратной связи управляет выходами на 5 и 12 В, поэтому нагрузка на одном выходе может изменять напряжение на другом. В более качественных БП два выхода регулируются по отдельности⁵.

Нижняя сторона печатной платы. Обратите внимание на большое расстояние между цепями основной и вторичной сторон БП. Также обратите внимание, какие широкие металлические дорожки на основной стороне БП для тока высокого напряжения и какие тонкие дорожки для схем управления

Вы можете задать вопрос, как микросхема контроллера на основной стороне получает обратную связь об уровнях напряжения на вторичной стороне, поскольку между ними нет электрического соединения (на фотографии виден широкий зазор). Трюк в использовании хитроумной микросхемы под названием оптоизолятор. Внутри чипа на одной стороне чипа инфракрасный светодиод, на другой светочувствительный фототранзистор. Сигнал обратной связи подаётся на LED и детектируется фототранзистором на другой стороне. Таким образом оптоизолятор обеспечивает мост между вторичной и первичной сторонами, передавая информацию светом, а не электричеством⁶.

Источник питания также обеспечивает отрицательное выходное напряжение (?12 В). Это напряжение в основном устарело, но использовалось для питания последовательных портов и слотов PCI. Регулирование питания ?12 В кардинально отличается от регулирования +5 и +12 В. Выход ?12 В управляется стабилитроном (диодом Зенера) — это специальный тип диода, который блокирует обратный ток до определённого уровня напряжения, а затем начинает проводить его. Избыточное напряжение рассеивается в виде тепла через силовой резистор (розовый) под управлением транзистора и стабилитрона (поскольку этот подход расходует энергию впустую, современные высокоэффективные БП не используют такой метод регулирования).

Питание ?12 В регулируется крошечным стабилитроном ZD6 длиной около 3,6 мм на нижней стороне печатной платы. Соответствующий силовой резистор и транзистор A1015 находятся на верхней стороне платы

Пожалуй, наиболее интересной схемой регулирования является выход 3,3 В, который регулируется магнитным усилителем. Магнитный усилитель — это индуктор с особыми магнитными свойствами, которые заставляют его работать как ключ (переключатель). Когда ток подаётся в индуктор магнитного усилителя, то сначала он почти полностью блокирует ток, поскольку индуктор намагничивается и магнитное поле увеличивается. Когда индуктор достигает полной намагниченности (то есть насыщается), его поведение внезапно меняется — и индуктор позволяет частицам течь беспрепятственно. Магнитный усилитель в БП получает импульсы от трансформатора. Индуктор блокирует переменную часть импульса. Выход 3,3 В регулируется изменением ширины импульса⁷.

Магнитный усилитель представляет собой кольцо из ферритового материала с особыми магнитными свойствами. Вокруг кольца намотано несколько витков проволоки

В блоке питания есть небольшая плата, на которой размещена схема управления. Эта плата сравнивает напряжение с эталонным, чтобы генерировать сигналы обратной связи. Она отслеживает вольтаж также для того, чтобы генерировать сигнал «питание в норме» (power good). Схема установлена на отдельной перпендикулярной плате, поэтому не занимает много места в БП.

Основные компоненты установлены на верхней стороне платы со сквозными отверстиями, а нижняя сторона покрыта крошечными SMD-компонентами, которые нанесены путём поверхностного монтажа. Обратите внимание на резисторы с нулевым сопротивлением в качестве перемычек

В БП есть ещё вторая цепь — для резервного питания⁹. Даже когда компьютер формально «выключен», пятивольтовый источник резервного питания обеспечивает ему мощность 10 Вт для функций, которые продолжают работать: часы реального времени, функция пробуждения по локальной сети и др. Цепь резервного питания является почти независимым БП: она использует отдельную управляющую микросхему, отдельный трансформатор и отдельные компоненты на вторичной стороне DC, но те же самые компоненты на основной стороне AC. Эта система гораздо меньшей мощности, поэтому в цепи трансформатор меньшего размера.

Чёрно-жёлтые трансформаторы: трансформатор для резервного питания находится слева, а основной трансформатор — справа. Перед ним установлена микросхема для управления резервным питанием. Большой цилиндрический конденсатор справа — компонент удвоителя напряжения. Белые капли — это силикон, который изолирует компоненты и удерживает их на месте

Блок питания ATX сложно устроен внутри, с множеством компонентов, от массивных индукторов и конденсаторов до крошечных компонентов поверхностного монтажа¹⁰. Однако эта сложность позволяет выпускать эффективные, маленькие и безопасные БП. Для сравнения, я когда-то писал о блоке питания 1940-х годов, который выдавал всего 85 ватт мощности, но был размером с чемодан, весил 50 кг и стоил сумасшедшие деньги. В наше время с продвинутыми полупроводниками делают гораздо более мощные БП дешевле 50 долларов, и такое устройство поместится у вас в руке.

Блок питания REC-30 для телетайпа Model 19 (ВМФ США) 1940-х годов

Я уже писал о БП, включая историю блоков питания в IEEE Spectrum. Вам также могут понравиться детальные разборы зарядного устройства Macbook и зарядного устройства iPhone.

¹ Intel представила стандарт ATX для персональных компьютеров в 1995 году. Стандарт ATX (с некоторыми обновлениями) по-прежнему определяет конфигурацию материнской платы, корпуса и блока питания большинства настольных компьютеров. Здесь мы изучаем блок питания 2005 года, а современные БП более продвинутые и эффективные. Основные принципы те же, но есть некоторые изменения. Например, вместо магнитных усилителей почти везде используют преобразователи DC/DC.

Этикетка на блоке питания

На этикетке БП указано, что он изготовлен компанией Bestec для настольного компьютера Hewlett-Packard Dx5150. Этот БП слегка не соответствует формату ATX, он более вытянут в длину. [вернуться]

² Вы можете задать вопрос, почему AC напряжением 230 В преобразуется в постоянный ток 320 В. Причина в том, что напряжение переменного тока обычно измеряется как среднеквадратичное, которое в каком-то смысле усредняет изменяющуюся форму волны. По факту в 230-вольтовом сигнале AC есть пики до 320 вольт. Конденсаторы БП заряжаются через диоды до пикового напряжения, поэтому постоянный ток составляет примерно 320 вольт (хотя немного провисает в течение цикла). [вернуться]

³ Силовой транзистор представляет собой силовой МОП-транзистор FQA9N90C. Он выдерживает 9 ампер и 900 вольт. [вернуться]

⁴ Интегральная схема питается от отдельной обмотки на трансформаторе, которая выдаёт 34 вольта для её работы. Налицо проблема курицы и яйца: управляющая микросхема создаёт импульсы для трансформатора, но трансформатор питает управляющую микросхему. Решение — специальная цепь запуска с резистором 100 kΩ между микросхемой и высоковольтным током. Она обеспечивает небольшой ток для запуска микросхемы. Как только чип начинает отправлять импульсы на трансформатор, то питается уже от него. [вернуться]

⁵ Метод использования одного контура регулирования для двух выходов называется перекрёстным регулированием. Если нагрузка на одном выходе намного выше другого, напряжения могут отклоняться от своих значений. Поэтому во многих БП есть минимальные требования к нагрузке на каждом выходе. Более продвинутые БП используют DC/DC преобразователи для всех выходов, чтобы контролировать точность напряжения. Дополнительные сведения о перекрёстном регулировании см. в этих двух презентациях. Один из обсуждаемых методов — многоуровневая укладка выходных обмоток, как в нашем БП. В частности, 12-вольтовый выход реализован в виде 7-вольтового выхода поверх 5-вольтового выхода, что даёт 12 вольт. При такой конфигурации ошибка 10% (например) в 12-вольтовой цепи будет составлять всего 0,7 В, а не 1,2 В. [вернуться]

⁶ Оптоизоляторы представляют собой компоненты PC817, которые обеспечивают 5000 вольт изоляции между сторонами БП (то есть между высокой и низкой сторонами). Обратите внимание на прорезь в печатной плате под оптоизоляторами. Это дополнительная мера безопасности: она гарантирует, что ток высокого напряжения не пройдёт между двумя сторонами оптоизолятора вдоль поверхности печатной платы, например, при наличии загрязнения или конденсата (в частности, прорезь увеличивает расстояние утечки). [вернуться]

⁷ Ширина импульса через магнитный усилитель устанавливается простой схемой управления. В обратной части каждого импульса индуктор частично размагничивается. Схема управления регулирует напряжение размагничивания. Более высокий вольтаж усиливает размагничивание. Тогда индуктору требуется больше времени для повторного намагничивания, и, таким образом, он дольше блокирует входной импульс. При более коротком импульсе в цепи выходное напряжение уменьшается. И наоборот, более низкое напряжение размагничивания приводит к меньшему размагничиванию, поэтому входной импульс блокируется не так долго. В итоге выходное напряжение регулируется изменением напряжения размагничивания. Обратите внимание, что ширина импульса в магнитном усилителе регулируется управляющей микросхемой. Магнитный усилитель сокращает эти импульсы по мере необходимости при регулировании выходного напряжения 3,3 В. [вернуться]

⁸ Плата управления содержит несколько микросхем, включая операционный усилитель LM358NA, чип супервизора/сброса TPS3510P, четырёхканальный дифференциальный компаратор LM339N и прецизионный эталон AZ431. Чип супервизора интересный — он специально разработан для БП и контролирует выходное напряжение, чтобы оно было не слишком высоким и не слишком низким. Прецизионный эталон AZ431 — это вариант эталонного чипа TL431, который часто используется в БП для обеспечения опорного (контрольного) напряжения. Я уже писал о TL431. [вернуться]

⁹ Источник резервного питания использует другую конфигурацию — обратноходовой трансформатор. Здесь установлена управляющая микросхема A6151 с переключающим транзистором, что упрощает конструкцию.

Схема БП с использованием A6151. Она взята из справочника, поэтому не идентична схеме нашего БП, хотя близка к ней
[вернуться]

¹⁰ Если хотите изучить подробные схемы различных БП формата ATX, рекомендую сайт Дэна Мельника. Удивительно, сколько существует реализаций БП: различные топологии (полумостовые или прямые), наличие или отсутствие преобразования коэффициента мощности (PFC), разнообразные системы управления, регулирования и мониторинга. Наш БП довольно похож на БП с прямой топологией без PFC, внизу той странички на сайте Дэна. [вернуться]

---

Что произойдет, если аккумулятор 12 В постоянно подвергается воздействию источника питания 12 В?

\$\начало группы\$

Если 12-вольтовая батарея подвергается воздействию 12 вольт в течение длительного времени, это приведет к перезарядке батареи и причинению ей вреда, или батарея не пострадает и не будет заряжаться вообще, поскольку нет «дополнительного» напряжения сверх номинального напряжения батареи. ?

Отредактировано для обеспечения дополнительного контекста:

Химический состав батареи, на который я ссылаюсь, представляет собой свинцово-кислотную батарею, которая «действительно» рассчитана на 12,6 вольт.

• зарядка аккумулятора

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Свинцово-кислотный аккумулятор можно бесконечно долго заряжать при рекомендованном напряжении; обычно 13,4В. Точные цифры см. в техническом паспорте аккумулятора.

Обратите внимание, что для этого вам понадобится источник питания «12 В» с ограничением по току и слегка регулируемым напряжением. Ограничение тока требуется для предотвращения перегрева или выхода из строя при подключении разряженной батареи, а также для ограничения максимальной скорости заряда в соответствии с техническими данными.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

13,8 В — это полный заряд для 12-вольтового свинцово-кислотного аккумулятора. Поэтому, как только он зарядится до 12 В (или если аккумулятор и зарядное устройство выдержат катастрофическую разрядку аккумулятора до 12 В), он просто останется частично заряженным. Нет тока, кроме компенсации саморазряда от лежания на полке..

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Учитывая, что ваша батарея является свинцово-кислотной батареей с номинальным напряжением 12 В, все будет в порядке.

В идеальных условиях батарея будет поддерживать постоянный заряд 12 В, и ток не будет поступать в батарею или выходить из нее. (Это предполагает, что ток может течь как в ваш источник питания 12 В, так и из него.).

В действительности, по мере изменения температуры и старения деталей «сила» батареи и внешнего источника питания будет меняться, и, вероятно, будет протекать некоторый ток для поддержания баланса напряжений.

Однако этот поток тока вряд ли серьезно повлияет на срок службы батареи. Свинцово-кислотные батареи имеют срок годности даже без использования, и обычно они рассчитаны на нормальный срок службы в автомобиле, где они подвергаются воздействию регулируемого генератора переменного тока в течение значительной части этого срока службы.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Современное зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторов на самом деле имеет трехуровневую кривую заряда, предназначенную для предотвращения чрезмерной нагрузки или перезарядки аккумулятора. Идеальное плавающее напряжение зависит от конструкции свинцово-кислотного аккумулятора. Однако автомобильные генераторы переменного тока и резервные зарядные устройства предназначены для «зарядки» и продолжения зарядки аккумулятора одновременно с нагрузками, потребляющими энергию от аккумулятора.

Если у вас есть аккумулятор, зарядное устройство и источник питания 12,0 В, соединенные параллельно, вот как это работает. Система будет иметь высокое напряжение покоя около 14 В (зависит от калибровки зарядного устройства). При добавлении нагрузки напряжение будет несколько падать. Это напряжение будет арбитром того, какой источник(и) обеспечивает ток.

Если напряжение системы выше, чем выходное напряжение источника питания (т. е. 12,0 В), этот источник питания вообще не будет подавать ток.

Если зарядное устройство может нести полную нагрузку, оно будет поддерживать напряжение заряда выше напряжения батареи, и нагрузка отключится от зарядного устройства. Ваш автомобиль буквально делает это каждый раз, когда вы едете.

Если нагрузка слишком велика для зарядного устройства, то напряжение упадет еще больше, и ток будет разделен между зарядным устройством и аккумулятором. Вот почему солнечные системы работают намного лучше с аккумулятором.

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

arduino — я работаю с блоком питания 12 В 6,5 А, стоит ли мне беспокоиться?

спросил 3 года, 7 месяцев назад

Изменено 3 года, 7 месяцев назад

Просмотрено 797 раз

\$\начало группы\$

Я новичок в электронике и работаю с 12В на 6,5А.

(Я активирую источник питания с помощью ряда электромеханических релейных переключателей, управляемых Arduino. Блок питания загорается рядом светодиодов)

серьезная травма?

• ардуино
• источник питания
• реле блокировки

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

Короче говоря, 12 В безопасно. Многие источники питания имеют встроенное ограничение тока. Если вы знаете, какой ток потребуется для вашей схемы, вы можете установить ограничение тока на это значение. Для этого установите ограничение тока на ноль ампер. Замкните + и — провода от блока питания вместе, установите нужное напряжение и поднимите ток до нужного вам значения плюс еще немного для запаса. Затем откройте провода. Теперь у вас есть источник питания, который обеспечит только необходимый ток и ограничит ущерб в случае короткого замыкания.

UL указывает 60 В постоянного тока в качестве максимального безопасного напряжения и 30 В среднеквадратичного значения для переменного тока. Если вы остаетесь ниже этих значений, вы должны оставаться в безопасности. Однако, если вы когда-либо закорачивали автомобильный аккумулятор на 12 В, вы знаете, что образуется сильная искра. Это связано с тем, что автомобильный аккумулятор может выдавать ток в сотни ампер, поэтому, даже когда вы работаете при более низком напряжении, следует соблюдать осторожность и осторожность при подключении вашей цепи.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Я хочу поставить точку здесь:

‘Кого-то убивает не напряжение, а ток’

Номинальный ток вашего источника питания не соответствует тому, что он всегда будет выдавать. Этот рейтинг просто указывает, что это верхний предел тока, который этот источник питания способен обеспечить. Номинальное напряжение — это то, что постоянно на выходе. То, что протекает через ваше тело, — это ток, который фактически поступает от источника (согласно закону Ома), а не номинальный. Имейте быстрый взгляд на закон Ома.

I=V/R

При 12В и типичном сопротивлении тела, скажем, 100кОм, ток получается 0,12мА(а не 6,5А). Это слишком мало, чтобы навредить нашему телу. Даже если вы измерите сопротивление между двумя точками во рту, скажем, на языке, оно окажется больше 10 кОм, что по-прежнему допускает ток только 1,2 мА (хотя это может показаться небольшим сладким током, но безопасным!)

Хотя это напряжение является причиной тока, но что на самом деле убивает вас, так это ТОК.