Disponibilitatea pfc. PFC: operarea unei surse de alimentare cu PFC activ în combinație cu UPS-uri ieftine care produc un semnal de pas atunci când funcționează pe baterie poate duce la defecțiuni ale computerului

Alegerea unei surse de alimentare pentru computer nu este atât de ușoară pe cât ar părea. Stabilitatea și durata de viață a componentelor computerului vor depinde de alegerea sursei de alimentare, așa că merită să luăm această problemă mai în serios. În acest articol voi încerca să enumerez principalele puncte care vă vor ajuta să vă decideți cu privire la alegerea unei surse de alimentare fiabile.

Putere.
La ieșire, sursa de alimentare oferă următoarele tensiuni: +3,3 v, +5 v, +12 v și unele auxiliare -12 v și + 5 VSB. Sarcina principală cade pe linia de +12 V.
Puterea (W - Watt) este calculată prin formula P = U x I, unde U este tensiunea (V - Volți) și I este curentul (A - Amperi). De aici concluzia, cu cât este mai mare curentul de-a lungul fiecărei linii, cu atât puterea este mai mare. Dar nu totul este atât de simplu, de exemplu, cu o sarcină mare pe linia combinată +3,3 v și +5 v, puterea pe linia +12 v poate scădea. Să ne uităm la un exemplu bazat pe etichetarea sursei de alimentare Cooler Master RS-500-PSAP-J3 - aceasta este prima fotografie pe care am găsit-o pe Internet.

Se indică faptul că puterea totală maximă pe liniile +3.3V și +5V = 130W și se indică, de asemenea, că puterea maximă pe linia +12V = 360W. Vă rugăm să rețineți că sunt indicate două linii virtuale +12V1 și +12V2 de 20 Amperi fiecare - aceasta nu înseamnă că curentul total este de 40A, deoarece cu un curent de 40A și o tensiune de 12V, puterea ar fi de 480W (12x40=480). ). De fapt, este indicat curentul maxim posibil pe fiecare linie. Curentul maxim real poate fi calculat cu ușurință folosind formula I=P/U, I = 360 / 12 = 30 Amperi.
Acordați atenție și liniei de mai jos:
+3.3V&+5V&+12Vtotalieșiretrebuienudepășește 427,9W– rezultă că puterea totală pe toate liniile nu trebuie să depășească 427,9W. Ca rezultat, nu obținem 490 W (130 + 360), ci doar 427,9. Din nou, este important să înțelegem că dacă sarcina pe liniile de +3,3V și 5V este, să zicem, 100W, atunci scăzând 100W din puterea maximă, adică. 427,9 – 100 = 327,9. Ca rezultat, primim 327,9 W rămas pe linia de +12 V. Desigur, în computerele moderne, sarcina pe liniile +3,3V și +5V este puțin probabil să fie mai mare de 50-60W, așa că putem presupune cu siguranță că puterea pe linia +12V va fi de 360W și curentul de 30A.

Calculul puterii sursei de alimentare.
Pentru a calcula puterea sursei de alimentare, puteți folosi acest calculator http://www.extreme.outervision.com/psucalculatorlite.jsp, serviciul este în engleză, dar cred că vă puteți da seama.
Din propria mea experiență, pot spune asta pentru oricine calculator de birou O sursă de alimentare de 300 W este destul de suficientă. Pentru un joc de gaming este suficientă o sursă de alimentare de 400 - 500W, pentru cei mai puternici de gaming cu o placă video foarte puternică sau două în modul SLI sau Fire încrucișată– este necesară o unitate de 600 - 700 W.
Procesorul consuma de obicei de la 35 la 135W, placa video de la 30 la 340W, placa de baza 30-40W, 1 stick de memorie 3-5W, HDD 10-20W. De asemenea, rețineți că sarcina principală cade pe linia de 12V. Da, și nu uitați să adăugați o marjă de 20-30% pentru viitor.

Eficienţă
Eficiența sursei de alimentare nu va fi lipsită de importanță. Eficiență (coeficient acțiune utilă) este raportul dintre puterea de ieșire și puterea consumată. Dacă sursa de alimentare s-ar putea converti energie electrica fără pierderi, atunci eficiența sa a fost de 100%, dar acest lucru nu este încă posibil.
Permiteți-mi să vă dau un exemplu: pentru ca o sursă de alimentare cu o eficiență de 80% să ofere o putere de ieșire de 400W, nu trebuie să consume mai mult de 500W din rețea. Aceeași sursă de alimentare, dar cu o eficiență de 70%, va consuma aproximativ 571W. Din nou, dacă sursa de alimentare nu este încărcată puternic, de exemplu la 200W, atunci va consuma și mai puțin din rețea, 250W la o eficiență de 80% și aproximativ 286 la o eficiență de 70%.
Există o organizație care testează sursele de alimentare pentru a îndeplini un anumit nivel de certificare. Certificare 80 La care se adauga a fost realizat doar pentru o rețea electrică de 115V comună, de exemplu în SUA. Începând de la nivelul 80 Plus Bronze, sursele de alimentare sunt testate pentru utilizare într-o sursă de alimentare de 230V. De exemplu, pentru a trece certificarea de nivel 80 La care se adaugaBronz Eficiența sursei de alimentare ar trebui să fie de 81% la 20% sarcină, 85% la 50% sarcină și 81% la 100% sarcină.

Prezența unuia dintre sigle pe sursa de alimentare indică faptul că sursa de alimentare îndeplinește un anumit nivel de certificare.
Avantajele unei surse de alimentare cu Eficiență ridicată:
În primul rând, este eliberată mai puțină energie sub formă de căldură, astfel încât sistemul de răcire al sursei de alimentare trebuie să elimine mai puțină căldură și, prin urmare, există mai puțin zgomot de la ventilator. În al doilea rând, mici economii la energie electrică. În al treilea rând, calitatea datelor BP este ridicată.

PFC activ sau pasiv?

PFC (Power Factor Correction) - Corectarea factorului de putere. Factorul de putere este raportul dintre puterea activă și puterea totală (activ + reactiv).

Deoarece sarcina reală are de obicei și componente inductive și capacitive, puterea reactivă se adaugă puterii active. Sarcina nu consumă putere reactivă - primită în timpul unui semiciclu al tensiunii de rețea, este complet returnată la rețea în următorul semiciclu, irosind firele de alimentare. Se dovedește că puterea reactivă nu este de niciun folos și este tratată ori de câte ori este posibil folosind diferite dispozitive corective.

PFC - poate fi pasiv sau activ.

Avantajele PFC active:

PFC activ oferă un factor de putere apropiat de ideal (activ 0,95-0,98 față de 0,75 pasiv).
PFC activ stabilizează tensiunea de intrare a stabilizatorului principal, sursa de alimentare devine mai puțin sensibilă la tensiunea de rețea scăzută.
PFC activ îmbunătățește răspunsul sursei de alimentare în timpul scăderilor de scurtă durată ale tensiunii de rețea.

Dezavantajele PFC active:

Reduce fiabilitatea sursei de alimentare, deoarece proiectarea sursei de alimentare în sine devine mai complicată. Este necesară răcire suplimentară. În general, beneficiile PFC activ depășesc dezavantajele acestuia.

În principiu, puteți ignora tipul PFC. În orice caz, atunci când cumpărați o sursă de alimentare cu o putere mai mică, cel mai probabil va avea un PFC pasiv; când cumpărați o unitate mai puternică de la 500 W, cel mai probabil veți obține o unitate cu un PFC activ.

Sursa de alimentare sistem de racire.
Prezența unui ventilator în sursa de alimentare este considerată normală; diametrul acestuia este cel mai adesea de 120, 135 sau 140 mm.

Cabluri și conectori.
Acordați atenție numărului de conectori și lungimii cablurilor care provin de la sursa de alimentare; în funcție de înălțimea carcasei, trebuie să selectați o sursă de alimentare cu cabluri de lungime corespunzătoare. Pentru un corp mic este suficientă o lungime de 40-45 cm.

O sursă de alimentare modernă are următorii conectori:

	conector de alimentare cu 24 de pini placa de baza. De obicei, 20 și 4 contacte separate, uneori solide.
	soclu CPU. De obicei cu 4 pini, pentru procesoare mai puternice se utilizează 8 pini.
	Conector pentru hrana suplimentara plăci video. 6 și 8 pini. 8-pini uneori combinate 6+2 contacte.
	conector SATA pentru conectându-se greu discuri și unități optice.
	Conector cu 4 pini (Molex) pentru conectare IDE-uri vechi hard disk-uri iar unitățile optice sunt, de asemenea, folosite pentru a conecta ventilatoare.
	Conector cu 4 pini pentru conectarea unităților FDD.

Cabluri și conectori modulare.
Multe surse de alimentare cu putere mai mare folosesc acum conexiuni de cablu modulare cu conectori. Acest lucru este convenabil deoarece nu este nevoie să păstrați cablurile neutilizate în interiorul carcasei și există mai puțină confuzie cu firele; pur și simplu le adăugăm după cum este necesar. Absența cablurilor inutile îmbunătățește și circulația aerului în carcasă. De obicei, aceste surse de alimentare au doar conectori nedetașabili pentru alimentarea plăcii de bază și a procesorului.

Producătorii.
Producătorii de surse de alimentare sunt împărțiți în trei grupuri:

1. Ei își produc propriile produse - acestea sunt mărci precum FSP, Enermax, HEC, Seasonic, Delta, Hipro.
2. Își fabrică produsele, transferând parțial producția către alte companii, de exemplu Corsair, Antec, Silverstone, PC Power & Cooling, Zalman.
3. Revând sub propria marcă (unele influențează calitatea și alegerea componentelor, altele nu), de exemplu Chiftec, Cooler Master, Gigabyte, OCZ, Thermaltake.

Puteți achiziționa în siguranță produse de la aceste mărci. Pe Internet puteți găsi recenzii și teste ale multor surse de alimentare și puteți naviga prin ele.
Sper că acest articol vă va ajuta să răspundeți la întrebarea „ cum să alegi o sursă de alimentare pentru un computer?».

Un pic despre putere

Nu vă faceți griji, nu aveți nevoie de cunoștințe universitare de fizică pentru a înțelege cum funcționează. Vom explica pur și simplu diferența dintre o sursă de alimentare bună și una proastă. Dacă cunoașteți principiile de bază de funcționare, este puțin probabil să faceți o achiziție proastă. Deci, să mergem mai departe.

Curent reactiv și putere reactivă

Una dintre problemele importante privind consumul de energie atunci când se utilizează sursele de alimentare în comutație este curentul „reactiv” cauzat de inductanță. Vă rugăm să rețineți că consumul de energie în standby nu are nimic de-a face cu modul inactiv. În plus, sarcina în acest caz nu se suprapune în niciun fel cu consumul de energie la sarcină maximă, ci folosește aceleași componente. Puterea reactivă trebuie redusă semnificativ (în cel mai bun caz, nu ar trebui să existe deloc), astfel încât să nu conducă la pierderea energiei în rezistență, care va fi eliberată sub formă de căldură. Un astfel de consum de energie risipitor ar trebui redus la aproape zero circuite interne comutarea surselor de alimentare.

Putere efectivă și putere aparentă

Puterea efectivă este opusul puterii reactive prin faptul că reflectă consumul real de energie. Puterea aparentă este suma puterii active și reactive.

Factor de putere

Acest indicator este calculat ca raport între puterea efectivă și puterea aparentă și este între 0 (cel mai rău rezultat) și 1 (rezultat ideal). Deci, atunci când cumpărați o sursă de alimentare, trebuie să vă asigurați că are un factor de putere ridicat: acesta este unul dintre indicatorii cheie de calitate pentru sursele de alimentare.

PFC activ

Active Power Factor Correction (PFC) înseamnă corecția activă a factorului de putere. Factorul de putere este caracteristică importantă pentru sursa de alimentare, deoarece reflectă raportul dintre puterea activă și cea aparentă.

Avantaje:

• O putere activă de aproximativ 99% poate fi considerată ideală;
• Eficiență ridicată (mai puțin la sarcini reduse);
• Sursa de alimentare foarte stabila;
• Consum mai mic de energie;
• Mai puțină generare de căldură;
• Greutate mai mică.

Defecte:

• Costă mai mult;
• Probabilitate mare de eșec.

PFC pasiv

Cu corecția pasivă a factorului de putere, curenții reactivi pot fi redusi prin utilizarea inductoarelor mari. Această metodă este mai simplă și mai ieftină, dar nu este cea mai eficientă.

Avantaje:

• Costă mai puțin;
• Fără interferențe electromagnetice.

Defecte:

• Este necesară o răcire mai bună;
• Nu este potrivit pentru sarcini mari;
• Consum mare de energie (pierdere de energie);
• Mai grele;
• Putere activă scăzută (aproximativ 70% până la 80%).

Cum se determină eficiența unei surse de alimentare?

Principii de bază, reguli și reglementări

Unul dintre indicatorii cheie de performanță ai unei surse de alimentare este dacă îndeplinește standardele Energy Star 5.0 și 80 PLUS. Acesta din urmă va fi o prioritate pentru calcul și este un standard recunoscut în întreaga lume. În plus, dacă vorbim de țări europene, atunci este necesar să se verifice și conformitatea cu standardele CE și ErP.

Sursele de alimentare 80 PLUS sunt mai eficiente.

Principiile și specificațiile influențează în mod natural eficiența și calitatea alimentelor. O sursă de alimentare marcată cu certificarea 80 PLUS va îndeplini anumite cerințe, care sunt stabilite printr-un set de teste. Dorim să menționăm că condițiile de testare a stresului 80 PLUS nu corespund direct specificației ATX, totuși, ele sunt efectuate în condiții de rețea electrică din SUA de tensiune mai mică. În condițiile Rusiei și Europei, cu rețele de 230 V, eficiența surselor de alimentare 80 PLUS va fi puțin mai mare decât în ​​SUA.

Conceptul 80 PLUS a fost extins pentru a include mai multe niveluri de performanță, Platină, Aur, Argint și Bronz, iar fiecare dintre aceste standarde are propriul set de specificații. Astfel, o sursă de alimentare 80 PLUS Platinum sau 80 PLUS Gold va fi mai eficientă decât o sursă obișnuită. În același timp, aceste surse de alimentare sunt mai scumpe.

Folosind tabelul de mai jos, puteți vedea modul în care nivelul de specificație al unui dispozitiv îi afectează performanța sub o anumită sarcină și puteți evalua fiecare nivel de specificație specific.

	Eficiență la sarcină de 20%.	Eficiență la sarcină de 50%.	Eficiență la sarcină 100%.
80Plus	80,00%	80,00%	80,00%
80 Plus Bronz	82,00%	85,00%	82,00%
80 Plus Argint	85,00%	88,00%	85,00%
80 Plus Aur	87,00%	90,00%	87,00%
80 Plus Platină	90,00%	92,00%	89,00%

Consumul de energie atunci când computerul este oprit

Când opriți computerul? Sursa de alimentare continuă de obicei să funcționeze. Acest lucru este necesar pentru a accepta unele funcții precum Wake-on-LAN. Sursa de alimentare va consuma ceva energie chiar și atunci când computerul este oprit. Sursele moderne de alimentare, în special cele vândute în Europa, conform producătorilor, nu consumă mai mult de 1 W în acest mod. Dacă economisirea este cu adevărat importantă pentru tine, atunci această decizie va fi corectă.

CONŢINUT

Deja perioadă lungă de timp Laboratorul nostru testează surse de alimentare standard ATX. În tot acest timp, metodologia de testare s-a dezvoltat și s-a îmbunătățit continuu, urmărind două obiective simultan - nu numai pentru a putea compara în mod obiectiv diferite surse de alimentare, ci și pentru a face acest lucru destul de clar.

Din păcate, unul dintre principalele teste ale metodei noastre - măsurarea stabilității tensiunii - nu se putea lăuda cu claritate, deoarece a folosit propriile modele de sarcină pentru aproape fiecare unitate, ceea ce a făcut imposibilă discutarea și compararea rezultatelor diferitelor surse de alimentare fără o referință constantă. la caracteristicile aplicate acestora tipare. Cu alte cuvinte, rezultatele fiecăruia dintre blocuri au purtat cu ele o grămadă de convenții și rezerve - desigur, comparația a fost posibilă până la urmă, altfel nu ar avea niciun rost să testăm deloc, totuși direct Compararea cifrelor sau a graficelor, din păcate, a fost îngreunată de aceste rezerve.

Cu acest articol, vă prezint o nouă metodă de testare a surselor de alimentare, care a înlocuit vechea metodă de măsurare a stabilității tensiunii și oferă un rezultat extrem de vizual și în același timp foarte precis și obiectiv, la fel de potrivit pentru compararea diferitelor surse de alimentare. , atât în ​​numere specifice, cât și pur și simplu „cu ochi”, pe baza aspectului graficelor rezultate. Baza este metodologia de construire a așa-numitelor caracteristici de încărcare încrucișată a surselor de alimentare, dezvoltată și aplicată de colegii noștri din publicația ITC Online, dar a fost îmbunătățită semnificativ pentru a crește în continuare atât conținutul informațional, cât și claritatea.

De asemenea, în articol voi descrie mai mult sau mai puțin detaliat diverse aspecte ale funcționării surselor de alimentare pentru computer, astfel încât cititorii care nu înțeleg circuitele de comutare a surselor de alimentare să înțeleagă ce înseamnă aceștia sau acei parametri de alimentare măsurați în timpul testării și unde. ei vin din. Aceia dintre voi care sunt destul de familiarizați cu designul și funcționarea surselor de alimentare comutatoare pot derula imediat prin primele două secțiuni ale articolului până la o descriere a echipamentului de testare și a metodologiei de testare pe care le folosim de fapt.

Surse de alimentare liniare și comutatoare

După cum se știe, o sursă de energie electronică este un dispozitiv care rezolvă într-un fel sau altul problema schimbării, controlului sau stabilizării puterii electrice furnizate sarcinii.

Cea mai simplă și încă folosită metodă de control este absorbția excesului de putere în dispozitivul de control, adică disiparea sa banală sub formă de căldură. Sursele de alimentare care funcționează pe acest principiu se numesc liniare.


Mai sus este o diagramă a unei astfel de surse - un stabilizator liniar de tensiune. Tensiunea menajera de 220V este redusa de transformatorul T1 la nivelul necesar, dupa care este redresata prin puntea de diode D1. Evident, tensiunea redresată trebuie să fie mai mare decât tensiunea de ieșire a stabilizatorului în orice condiții - cu alte cuvinte, este necesară puterea în exces; Aceasta rezultă din însuși principiul de funcționare al unui stabilizator liniar. În acest caz, această putere este eliberată sub formă de căldură pe tranzistorul Q1, care este controlat de un circuit U1 astfel încât tensiune de ieșire Uout era la nivelul cerut.

Această schemă are două dezavantaje semnificative. În primul rând, frecvența scăzută a curentului alternativ în rețeaua de alimentare (50 sau 60 Hz, în funcție de țară) determină dimensiunile generale mari și greutatea transformatorului descendente - un transformator cu o putere de 200-300 W va cântări mai multe kilograme (să nu mai vorbim de faptul că în stabilizatoarele liniare este necesar să se folosească transformatoare cu o putere de două ori mai mare decât puterea maximă de sarcină, deoarece eficiența unui stabilizator liniar este de aproximativ 50%, iar transformatorul trebuie proiectat pentru putere maximă, inclusiv cea care intră în căldură pe stabilizatorul însuși). În al doilea rând, tensiunea la ieșirea transformatorului trebuie să depășească în toate cazurile suma tensiunii de ieșire a stabilizatorului și căderea minimă de tensiune pe tranzistorul de control; Aceasta înseamnă că, în general, tranzistorul va trebui să disipeze un exces de putere destul de vizibil, ceea ce va afecta negativ eficiența întregului dispozitiv.

Pentru a depăși aceste neajunsuri, au fost dezvoltate așa-numitele stabilizatoare de tensiune de comutare, în care controlul puterii are loc fără disiparea puterii în dispozitivul de control însuși. În forma sa cea mai simplă, un astfel de dispozitiv poate fi reprezentat ca un comutator obișnuit (al cărui rol poate fi jucat și de un tranzistor), conectat în serie cu sarcina. Într-o astfel de schemă in medie curentul care trece prin sarcină depinde nu numai de rezistența de sarcină și de tensiunea de alimentare, ci și de frecvența de comutare a comutatorului - cu cât este mai mare, cu atât este mai mare curentul. Astfel, prin schimbarea frecvenței de comutare, putem regla curentul mediu prin sarcină și, în mod ideal, nicio putere nu va fi disipată deloc pe comutatorul în sine - deoarece acesta se află în doar două stări: fie complet deschis, fie complet închis. În primul caz, căderea de tensiune pe ea este zero, în al doilea caz, curentul care trece prin el este egal cu zero, iar apoi puterea eliberată pe ea, egală cu produsul dintre curent și tensiune, este, de asemenea, întotdeauna zero. În realitate, desigur, totul este puțin diferit - dacă tranzistorii sunt utilizați ca comutator, în primul rând, chiar și în stare deschisă, o mică scădere de tensiune pe ele, iar în al doilea rând, procesul de comutare nu are loc instantaneu. Cu toate acestea, aceste pierderi sunt o consecință a efectelor secundare și sunt mult mai mici decât puterea în exces alocată dispozitivului de control al stabilizatorului liniar.

Dacă comparăm cifrele, atunci Eficiență tipică un stabilizator liniar este de 25...50%, în timp ce eficiența unui stabilizator pulsat poate depăși 90%.

În plus, dacă punem un comutator în stabilizatorul de impulsuri înaintea transformatorului coborât (evident, în general, nu are nicio diferență dacă să reglam tensiunea de intrare sau de ieșire a transformatorului - acestea sunt indisolubil legate între ele), atunci avem posibilitatea de a determina frecvența de funcționare a transformatorului indiferent de frecvența rețelei de alimentare. Și deoarece dimensiunile transformatorului scad odată cu creșterea frecvenței sale de funcționare, acest lucru face posibilă utilizarea transformatoarelor descendente în stabilizatoare de impulsuri care sunt literalmente de dimensiunea unei jucării în comparație cu omologii lor liniari, ceea ce oferă un câștig colosal în dimensiunea de dispozitivul terminat. De exemplu, un transformator cu o frecvență de 50 Hz și o putere de 100 W cântărește puțin peste două kilograme, în timp ce un transformator cu aceeași putere, dar cu o frecvență de 35 kHz cântărește doar aproximativ 35 de grame. Acest lucru, desigur, afectează radical dimensiunile și greutatea întregii surse de alimentare - dacă calculăm raportul dintre puterea de ieșire a sursei și volumul acesteia, atunci pentru o sursă de alimentare comutată care funcționează la o frecvență de câteva zeci de kiloherți, aceasta va fi de aproximativ 4-5 W/cu. inch, în timp ce pentru un stabilizator liniar această cifră este de numai 0,3...1 W/cu. inch. Mai mult, cu o frecvență în creștere, densitatea de putere a unei surse de alimentare comutatoare poate ajunge până la 75 W/m3. inch, care este complet de neatins pentru sursele liniare chiar și cu răcirea cu apă (cifrele sunt date din cartea lui Irving M. Gottlieb „Power Supplies. Inverters, Converters, Linear and Switching Stabilizers”).

În plus, cu acest design, stabilizatorul de puls depinde mult mai puțin de valoarea tensiunii de intrare - la urma urmei, transformatorul descendente este în primul rând sensibil la acest lucru și, atunci când pornim comutatorul înaintea acestuia, putem controla tensiunea. și frecvența funcționării sale așa cum avem nevoie. În consecință, stabilizatoarele de comutare pot rezista fără probleme la scăderi de tensiune de alimentare de până la 20% din valoarea nominală, în timp ce cele liniare pot funcționa doar la tensiune redusă de rețea prin reducerea în continuare a eficienței deja scăzute.

Pe lângă transformator, utilizarea frecventa inalta vă permite să reduceți foarte mult (de zeci de ori) capacitatea și, în consecință, dimensiunile condensatoarelor de netezire (C1 și C2 în diagrama de mai sus). Adevărat, aceasta este o sabie cu două tăișuri - în primul rând, nu toate condensatoare electrolitice sunt capabili să funcționeze normal la o astfel de frecvență, în al doilea rând, în ciuda tuturor, într-o sursă de alimentare cu comutație este foarte dificil din punct de vedere tehnic să se obțină un interval de ondulație de ieșire sub 20 mV, în timp ce în cele liniare, dacă este necesar, fără costuri speciale, nivelul de ondulare poate fi redus la 5 mV și chiar mai mic.

Este evident că un convertor care funcționează la o frecvență de câteva zeci de kiloherți este o sursă de interferență nu numai în propria sarcină, ci și în rețeaua de alimentare, precum și pur și simplu în aerul radio. Prin urmare, la proiectarea surselor de alimentare comutatoare, este necesar să se acorde atenție atât filtrului la intrare (contrar credinței populare, acesta nu protejează atât de mult sursa de alimentare de interferențe externe, ci mai degrabă protejează alte dispozitive de interferențele create de aceasta. sursă de alimentare), și ecranarea electromagnetică a sursei de alimentare în sine, ceea ce în cazul unităților grele înseamnă utilizarea unei carcase de oțel. Sursele de alimentare liniare, așa cum am menționat mai sus, deși sunt mai sensibile la interferențele externe, nu creează nicio interferență în sine și, prin urmare, nu necesită măsuri speciale pentru a proteja echipamentele din jur.

În plus, sursele de alimentare comutatoare necesită o electronică semnificativ mai complexă (și, prin urmare, costisitoare) decât omologii lor liniari. Avantajul de preț al unităților de impuls este evident pentru produsele destul de puternice, unde prețul este determinat în primul rând de cost transformator de putere iar eliminarea necesară a căldurii și, prin urmare, sursele liniare cu dimensiunile lor mari și eficiența scăzută sunt un învins clar; cu toate acestea, pe măsură ce componentele surselor de alimentare cu comutare devin mai ieftine, ele exclud din ce în ce mai mult sursele liniare de putere redusă - de exemplu, comutarea surselor de alimentare cu o putere de câțiva wați nu mai este neobișnuită (de exemplu, încărcătoarele pentru telefoane mobile), deși un acum câțiva ani astfel de puteri aveau avantaje sursele de linie erau evidente.

Dacă vorbim despre sarcini în care parametrul determinant sunt dimensiunile, atunci sursele de alimentare comutatoare sunt în afara competiției - cu toate trucurile de proiectare, este pur și simplu imposibil să obțineți aceeași densitate de putere dintr-o sursă liniară ca de la una pulsată.

Surse de alimentare pentru computer

În prezent, toate sursele de alimentare utilizate în computere se schimbă. Acest lucru se datorează faptului că, pentru a asigura dimensiuni rezonabile și disiparea căldurii, sunt necesare densitatea și eficiența puterii, care sunt fundamental de neatins pentru sursele de alimentare liniare cu o astfel de putere - de exemplu, densitatea de putere a unei surse de alimentare ATX convenționale este de 2.. .5 W/cu. inch (în funcție de puterea sa de ieșire), iar eficiența este de cel puțin 68% atunci când lucrați cu capacitate maximă.

Figura de mai sus este o diagramă bloc oarecum simplificată a unei surse de alimentare tipice pentru computer. Mai jos, folosind unitatea Macropower MP-300AR ca exemplu, este afișată aranjamentul tipic al componentelor într-o sursă de alimentare reală (în majoritatea unităților altor modele nu vor exista diferențe semnificative):

Tensiunea de alimentare de 220V trece printr-un filtru cu două sau trei secțiuni, care protejează alte dispozitive conectate la rețea de interferențele generate de sursa de alimentare. După filtru, tensiunea este furnizată redresorului D1, iar din acesta la un circuit opțional (dar din ce în ce mai frecvent la unitățile noi) de corecție a factorului de putere (PFC - Power Factor Correction). Mai multe detalii despre ce este PFC și de ce este necesar vor fi discutate mai jos.Acum aș dori să mă opresc mai detaliat asupra filtrului, deoarece există câteva întrebări asociate cu acesta care sunt adesea adresate de utilizatori.

Sursa de alimentare fara PFC

În oscilograma de mai sus, „fascicul” verde este tensiunea rețelei, iar cel galben este curentul consumat de sursa de alimentare. Cu această imagine, factorul de putere se dovedește a fi de aproximativ 0,7 - adică aproape o treime din putere doar încălzește firele fără niciun rezultat, fără a produce nicio muncă utilă. Și dacă pentru utilizatorii privați această cifră nu este de mare importanță, deoarece contoarele de energie electrică de apartament iau în considerare doar puterea activă, atunci pentru birourile mari și, în general, orice sediu în care funcționează simultan multe computere, un factor de putere scăzut reprezintă o problemă vizibilă, deoarece toate cablurile electrice și echipamentele aferente trebuie calculate pe baza puterii totale - cu alte cuvinte, cu un factor de putere de 0,7, ar trebui să fie cu o treime mai puternic decât ar putea fi dacă sursa de alimentare nu ar consuma putere reactivă. Factorul de putere scăzut afectează și alegerea surselor de alimentare neîntreruptibile - pentru acestea, limitarea este din nou totalul, nu puterea activă.

În consecință, în În ultima vreme Dispozitivele de corecție a factorului de putere (PFC) devin din ce în ce mai populare. Cel mai simplu și deci cel mai comun este așa-numitul PFC pasiv, care este un inductor convențional de inductanță relativ mare, conectat la rețea în serie cu sursa de alimentare.

Alimentare PFC pasivă

Alimentare cu PFC activ

După cum puteți vedea, forma curentului consumat de o sursă de alimentare cu un PFC activ diferă foarte puțin de cea a unei sarcini rezistive convenționale - factorul de putere rezultat al unei astfel de unități poate ajunge la 0,95...0,98 atunci când funcționează la sarcină maximă. . Adevărat, pe măsură ce sarcina scade, factorul de putere scade, la un minim coborând la aproximativ 0,7...0,75 - adică la nivelul unităților cu PFC pasiv. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că valorile de vârf ale consumului de curent pentru blocurile cu PFC activ sunt încă, chiar și la putere scăzută, considerabil mai mici decât pentru toate celelalte blocuri.

Graficul de mai jos arată rezultatul unei măsurători experimentale a dependenței factorului de putere de sarcina de pe sursa de alimentare pentru trei unități - fără PFC deloc, cu PFC pasiv și, în final, cu PFC activ.

Nu numai că PFC activ oferă un factor de putere aproape ideal, dar, spre deosebire de PFC pasiv, îmbunătățește performanța sursei de alimentare. În primul rând, stabilizează suplimentar tensiunea de intrare a stabilizatorului principal al unității - nu numai că unitatea devine vizibil mai puțin sensibilă la tensiunea de rețea scăzută, ci și atunci când se utilizează un PFC activ, unități cu o sursă de alimentare universală de 110...230V. sunt destul de ușor de dezvoltat, care nu necesită comutare manuală tensiunea principala. În al doilea rând, utilizarea PFC activă îmbunătățește răspunsul sursei de alimentare în timpul scăderilor de scurtă durată (fracții de secundă) ale tensiunii rețelei - în astfel de momente unitatea funcționează folosind energia condensatoarelor redresoare de înaltă tensiune C1 și C2, iar această energie este proporțională cu pătratul tensiunii pe ele; după cum am notat mai sus, atunci când utilizați un PFC activ, această tensiune ajunge la 400V față de 310V obișnuit - prin urmare, eficiența utilizării condensatoarelor se dublează (datorită faptului că energia stocată în condensatoare este departe de a fi complet epuizată, eficiența crește chiar mai rapid decât tensiunea condensatorului pătrat).

De fapt, PFC activ are doar două dezavantaje - în primul rând, ca orice complicație de proiectare în general, reduce fiabilitatea sursei de alimentare și, în al doilea rând, are și o eficiență diferită de 100% și, prin urmare, necesită răcire (totuși, pe pe de altă parte, PFC activ reduce ușor pierderile în filtrul de intrare și în invertorul în sine, astfel încât să nu existe o scădere generală a eficienței unității). Cu toate acestea, beneficiile utilizării unui PFC activ depășesc aceste dezavantaje în marea majoritate a cazurilor.

Deci, dacă aveți nevoie de o unitate cu corecție a factorului de putere, atunci ar trebui să acordați atenție în primul rând modelelor cu PFC activ - doar acestea oferă un factor de putere foarte bun, îmbunătățind în același timp semnificativ alte caracteristici ale sursei de alimentare. Din punctul de vedere al utilizatorilor casnici, unitățile cu PFC activ vor fi utile proprietarilor de UPS-uri de putere redusă: să presupunem că aveți deja un UPS cu o capacitate de 500 VA, din care 50 VA sunt consumați de monitorul LCD, și Rămân 450 VA pentru unitatea de sistem și veți face upgrade, acesta din urmă este la nivelul modern - și o configurație modernă destul de serioasă poate consuma până la 300 W de la sursa de alimentare la sarcină maximă. În acest caz, pe un sursă de alimentare cu un factor de putere de 0,7 și o eficiență de 80% (aceasta este o cifră destul de tipică pentru bloc bun) obținem puterea totală consumată din rețea 300/(0,75*0,8) = 500 VA, iar pe același bloc cu un factor de putere de 0,95 - respectiv, 300/(0,95*0,8) = 395 VA. După cum puteți vedea, în cazul unei surse de alimentare fără PFC, înlocuirea UPS-ului cu una mai puternică este inevitabilă, altfel, în cazul unei întreruperi de curent la momentul nepotrivit, cea actuală pur și simplu nu poate face față sarcinii și în cazul unei unități cu un PFC activ, există chiar și o mică rezervă de 55 VA Într-un sens bun, desigur, în acest calcul este necesar să se țină seama și de faptul că la ieșirea unui UPS ieftin, tensiunea nu are o formă sinusoidală, ci o formă trapezoidală - totuși, doar numerele absolute obținute se vor modifica, în timp ce avantajul unei surse de alimentare cu un PFC activ va rămâne.

Și în încheierea acestei secțiuni, aș dori să risipesc un mit asociat cu PFC: mulți utilizatori confundă factorul de putere și eficiența, în timp ce acestea sunt cantități complet diferite. Eficiența, prin definiție, este egală cu raportul dintre puterea de ieșire a sursei de alimentare și puterea activă pe care o consumă din rețea, în timp ce factorul de putere este raportul dintre puterea activă consumată din rețea și puterea totală consumată din rețea. reţea. Instalarea unui circuit PFC în sursa de alimentare afectează puterea activă pe care o consumă doar indirect - datorită faptului că PFC în sine consumă o oarecare putere, plus tensiunea de intrare a stabilizatorului principal se modifică; Sarcina principală a PFC este de a reduce puterea reactivă consumată de unitate, care nu este luată în considerare în calculul eficienței. Prin urmare, nu există o legătură directă între eficiență și factorul de putere.

Stand de testare a sursei de alimentare

Standul principal pentru testarea surselor de alimentare din laboratorul nostru este o instalație semi-automată care vă permite să setați sarcina necesară pe magistralele +5V, +12V, +3.3V și +5V ale modului de așteptare al unității testate, în timp ce măsurarea simultană a tensiunilor de ieșire corespunzătoare.

Hardware-ul instalației se bazează pe un DAC Maxim MX7226 cu 4 canale, ale cărui ieșiri sunt conectate la surse de curent. Acestea din urmă sunt realizate folosind amplificatoare operaționale LM324D și puternice tranzistoare cu efect de câmp IRFP064N instalat pe calorifere cu răcire forțată cu aer.

Fiecare dintre tranzistoare are o putere maximă de disipare de 200 W și, deoarece trei astfel de tranzistoare sunt utilizate în fiecare dintre cele mai puternice canale de sarcină (+5V și +12V), instalația vă permite să testați orice sursă de alimentare ATX existentă în prezent, până la la cele mai puternice - chiar și ținând cont de scăderea disipării de putere permisă a tranzistorilor pe măsură ce temperatura lor crește, puterea de sarcină admisă pentru fiecare canal este de cel puțin 400 W.

Pentru a măsura curenții de sarcină setați și tensiunile de ieșire ale unității testate, instalația utilizează două ADC-uri Maxim MX7824 cu 4 canale - un ADC este responsabil pentru curenți, celălalt pentru tensiuni.

Tot controlul instalației, de la pornirea sursei de alimentare testată și până la efectuarea tuturor testelor posibile, precum și înregistrarea și procesarea rezultatelor acestora, se realizează de la computer prin Port LPT. A fost scris un program special pentru aceste scopuri, care vă permite să setați manual curentul de sarcină independent pe fiecare dintre magistrale, precum și să efectuați unele teste standard ale surselor de alimentare (de exemplu, construirea unei caracteristici de sarcină încrucișată, care va fi discutată mai jos) integral mod automat.

Pe lângă instalația principală, pentru testarea blocurilor sunt folosite și două dispozitive auxiliare. În primul rând, este un generator de impulsuri pătrate cu o frecvență variabilă discret de la 60 Hz la 40 kHz:

Generatorul este conectat la sursa de alimentare testată sub forma unei sarcini - folosind un comutator puteți alege dacă va fi conectat la magistrala +12V sau la +5V, în ambele cazuri curentul de vârf al sarcinii pe care o creează este aproximativ 1,3 A. Acest lucru vă permite să estimați cât de mult răspunde relativ o sursă de alimentare bine testată impulsuri puternice sarcini dreptunghiulare, urmând cu frecvențe de la zeci de herți la zeci de kiloherți.

În al doilea rând, pentru a lua oscilograme ale curentului consumat de sursa de alimentare și, în același timp, a tensiunii de alimentare, un șunt convențional cu puternic rezistențe bobinate rezistență totală de aproximativ 0,61 ohmi:

La testarea sursei de alimentare, sondele unui osciloscop digital cu două canale sunt conectate la această placă - unul dintre canalele sale înregistrează o oscilogramă a tensiunii rețelei, iar celălalt - o oscilogramă a curentului consumat de sursa de alimentare. În continuare, oscilogramele rezultate sunt procesate de un software special scris în acest scop. program mic, care calculează imediat toți parametrii care ne interesează - puterea activă, reactivă și aparentă consumată de acesta și, în consecință, factorul de putere și eficiența sursei de alimentare.

Pentru a lua oscilograme, se folosește un osciloscop digital cu două canale „virtual” (virtualitatea în acest caz înseamnă că acest osciloscop este o placă instalată într-un computer și, spre deosebire de osciloscoapele convenționale, nu poate funcționa fără computer, deoarece nu are propriul său computer). hardware pentru controlul și afișarea informațiilor ) M221 fabricat de compania slovacă ETC. Osciloscopul are o lățime de bandă analogică de 100 MHz, o viteză maximă arbitrară de digitizare a semnalului de 20 de milioane de mostre pe secundă și o sensibilitate de 50 mV/div până la 10 V/div. Pe lângă măsurarea eficienței și a factorului de putere al surselor de alimentare testate, osciloscopul este utilizat pentru a evalua intervalul, forma și compoziția de frecvență a ondulației tensiunilor de ieșire ale sursei de alimentare.

Pentru a evalua rapid curenții și tensiunile în timpul procesului de testare, precum și pentru testarea periodică a altor echipamente de măsurare, laboratorul nostru folosește multimetrul Uni-Trend UT70D, care vă permite să măsurați curenți și tensiuni cu o precizie foarte bună, inclusiv pe cele nesinusoidale. , ceea ce este foarte important atunci când se testează sursele de alimentare fără corecția factorului de putere - mulți contoare care nu sunt marcate cu „TrueRMS” nu sunt capabile să măsoare în mod adecvat curenții și tensiunile alternative a căror formă este diferită de unda sinusoidală.

Pentru a măsura temperatura din interiorul sursei de alimentare, folosim un termometru digital Fluke 54 Series II cu termocupluri 80PK-1 și 80PK-3A (numele tuturor modelelor sunt date în catalogul Fluke). Din păcate, termometrul digital cu infraroșu fără contact pe care îl aveam a arătat o precizie nesatisfăcătoare a măsurătorilor pe suprafețe metalice lucioase (de exemplu, pe radiatoarele din aluminiu ale surselor de alimentare), ceea ce ne-a forțat să trecem la utilizarea unui termometru cu termocuplu.

Pentru a măsura viteza ventilatoarelor sursei de alimentare, se folosește un tahometru optic Velleman DTO2234. Vă permite să măsurați viteza unui ventilator într-o sursă de alimentare închisă fără cea mai mică problemă, adică fără a-i perturba regimul termic natural - trebuie doar să lipiți o bandă subțire de material reflectorizant pe una dintre palele ventilatorului.

Și în sfârșit, pentru a asigura toate sursele de alimentare cu aceeași tensiune de rețea, indiferent de fluctuațiile sale zilnice, precum și pentru a asigura posibilitatea de a testa unitățile la tensiuni de alimentare înalte sau scăzute, acestea sunt conectate la rețea printr-un laborator Wusley TDGC2-2000. autotransformator cu o putere de sarcină admisă de până la 2 kW și limite de reglare a tensiunii de la 0 la 250V.

Metoda de testare a sursei de alimentare

Primul și cel mai important test pentru orice sursă de alimentare este construcția așa-numitei caracteristici de sarcină încrucișată. După cum am spus deja în partea teoretică a articolului, fiecare tensiune de ieșire a sursei de alimentare depinde nu numai de sarcina de pe magistrala corespunzătoare, ci și de sarcinile de pe toate celelalte magistrale.

Standardul ATX oferă maxim abaterile admisibile tensiunile de ieșire de la nominal - aceasta este 5% pentru toate tensiunile de ieșire pozitive (+12V, +5V și +3,3V) și 10% pentru tensiunile de ieșire negative (-5V și -12V, dintre care, totuși, rămâne doar ultima în unități moderne). Caracteristica de sarcină încrucișată (CLC) a unui bloc este acea zonă a combinațiilor de sarcini în care niciuna dintre tensiunile de ieșire nu depășește limitele admise.

Sistemul de alimentare este construit sub forma unei zone pe un plan, unde sarcina pe magistrala +12V este reprezentată de-a lungul axei de coordonate orizontale, iar sarcina totală pe magistrala +5V și +3,3V este reprezentată de-a lungul verticală. axa de coordonate. La construirea unei surse de alimentare, o instalație pentru testarea surselor de alimentare într-un mod complet automat modifică sarcina acestor magistrale în pași de 5 W și, dacă toate tensiunile de ieșire ale unității sunt la acest pas se încadrează în cadrul dat, plasează un punct pe plan, a cărui culoare - de la verde la roșu - corespunde abaterii fiecărei tensiuni la un punct dat de la valoarea nominală. Din moment ce configurarea pe care o folosim controlează trei tensiuni principale de ieșire, pentru fiecare sursă de alimentare obținem, respectiv, trei grafice (pentru fiecare tensiune), în care aceeași zonă va fi umbrită în culori diferite. Forma zonei pe toate trei este aceeași, deoarece este determinată nu pentru fiecare dintre tensiuni separat, ci pentru toate împreună, iar abaterea depășește limitele permise. orice de tensiuni înseamnă că punctul corespunzător nu va fi pe grafice pt toata lumea stres; Umbrirea zonei este diferită deoarece este construită individual pentru fiecare tensiune. Mai jos este un exemplu de sistem de alimentare pentru Macropower MP-360AR Ver. 2, colorat în conformitate cu abaterile de tensiune +12V (în articole voi oferi imagini animate în care vor fi afișate pe rând toate cele trei tensiuni, tensiunea curentă este indicată în colțul din dreapta sus al graficului, deasupra scării de culori):

Pe acest grafic, fiecare punct corespunde strict unei etape de măsurare și, pentru comoditate în timpul procesului de măsurare, punctele în care tensiunile sunt în afara limitelor permise sunt indicate cu gri și dimensiune mai mică– acest lucru este necesar pentru comoditatea experimentatorului care monitorizează progresul măsurătorilor în timp real. După ce măsurătorile sunt finalizate, datele obținute sunt procesate folosind interpolarea biliniară - astfel încât în ​​loc de puncte individuale, o zonă umbrită cu margini clare este mai convenabilă pentru percepție:

Deci, ce vedem în acest grafic? Sursa de alimentare testată face față remarcabil de bine sarcinii pe magistrala +12V - este capabilă să furnizeze tensiunile necesare la sarcina maximă pe această magistrală și doar 5W pe magistrala +5V (5W este o valoare inițială tipică în măsurătorile noastre; pt. unități puternice care funcționează instabil la astfel de sarcini ușoare, crește la 15 W sau 25 W).

O margine verticală netedă în partea dreaptă jos a graficului înseamnă că aici unitatea a atins limita de putere a magistralei +12V (pentru această unitate este de 300W), iar instalația nu a crescut curentul de sarcină în continuare pentru a evita defectarea sursei de alimentare. Deasupra, limita verticală se transformă într-una înclinată (colțul din dreapta sus al graficului) - aceasta este zona în care instalația a atins puterea maximă a sursei de alimentare (în acest caz este de 340 W) și, prin urmare, pe măsură ce sarcina crește cu +5V, a fost forțat să reducă sarcina cu +12V, pentru a preveni din nou întreruperea sursei de alimentare sau protecția acesteia împotriva declanșării.

Continuăm să ocolim conturul în sens invers acelor de ceasornic. În partea de sus a graficului, linia înclinată se transformă într-o linie orizontală plată - aceasta este zona în care instalația a atins sarcina maximă admisă de +5V și apoi nu a mai crescut puterea pe această magistrală, deși sursa de alimentare tensiuni produse în limite normale.

Și, în cele din urmă, în partea din stânga sus a graficului vedem o linie înclinată neuniformă, care în mod clar nu este explicată de limita de putere - la urma urmei, sarcina de +12V în această zonă este prea mică. Dar această linie este perfect explicată de culoarea roșie a graficului - cu o sarcină mare de +5V și o sarcină mică de +12V, tensiunea pe magistrala +12V a atins o abatere de 5%, marcând astfel limita KNH.

Astfel, din acest grafic putem spune că această sursă de alimentare menține bine nivelul tensiunilor de ieșire și vă permite să obțineți puterea declarată de la ea fără probleme, dar va fi de preferat pentru cele mai moderne sisteme care alimentează atât procesorul, cât și video-ul. card de la +12V, din cauza dezechilibrului de sarcină în direcția acestei magistrale, percepe mai bine decât o polarizare către magistrala +5V.

Pentru comparație, să ne uităm la sursa de alimentare a unei surse de alimentare semnificativ mai ieftine - L&C LC-B300ATX cu o putere declarată de 300W. Graficul în acest caz este din nou construit numai pentru tensiune de +12V:

Diferențele față de MP-360AR sunt imediat evidente. În primul rând, linia de jos a conturului nu mai este orizontală - în partea dreaptă începe să meargă în sus, iar culoarea roșie arată că acest lucru a fost cauzat nu numai de tensiunea care depășește +5V (ceea ce se întâmplă destul de des cu o sarcină mare). de +12V), dar și o cădere de tensiune de +12V. În al doilea rând, nu există un „raft” orizontal superior pe circuit; punctul de sus al graficului corespunde unei sarcini de +5V de aproximativ 150W - ceea ce înseamnă că maximul de 180W promis de producător pentru acest autobuz nu poate fi atins în practică, în principiu, sub orice combinație de încărcare. În al treilea rând, în ciuda puterii declarate mai mari pe șinele +5V și +3,3V în comparație cu MP-360AR (180W față de 130W), este clar că linia înclinată din partea stângă sus a graficului a început pentru MP-360AR. la puterea de sarcină la +5V mai mult de 80 W, în timp ce LC-B300 are doar aproximativ 50 W. Aceasta înseamnă că, în ciuda puterii mai mari declarate oficial pe magistrala +5V pentru LC-B300 în comparație cu MP-360AR, în practică, în multe cazuri, puteți obține mai mult putere reală Acest autobuz va funcționa doar de la o unitate produsă de Macropower.

Cred că cititorii atenți au observat deja că, dacă ambele grafice sunt reprezentate la aceeași scară, PCB-ul blocului Macropower se va dovedi a fi puternic alungit de-a lungul axei +12V în comparație cu PCB-ul blocului L&C. Acest lucru se explică prin faptul că aceste două blocuri aparțin unor versiuni diferite ale standardului ATX/ATX12V Alimentare electrică, în care s-a considerat de preferat o distribuție diferită a sarcinii între magistralele de alimentare. Pentru comparație, figura de mai jos arată CNC-urile pe care, conform Intel (ca compilator al întregii familii de standarde ATX), sursele de alimentare ar fi trebuit să le aibă în diferiți ani:

După cum puteți vedea, inițial standardul ATX presupunea consumul în principal de la magistralele +5V și +3.3V - și într-adevăr, aproape întregul hardware al computerului era alimentat de la aceste tensiuni; la +12V, o sarcină notabilă a fost creată doar de mecanicii hard disk-uri și unități optice.

Cu toate acestea, de-a lungul timpului, situația a început să se schimbe - procesoarele au devenit din ce în ce mai puternice, iar alimentarea lor de la +5V a creat o serie de probleme dezvoltatorilor de plăci de bază. În primul rând, la acel moment era deja clar că creșterea consumului de energie al procesoarelor va continua în continuare, ceea ce ar duce la un consum mare de curent de +5V și, prin urmare, ar exista o problemă cu furnizarea unor astfel de curenți la placa de bază - un standard conectorul poate pur și simplu să nu facă față. În al doilea rând, conectorul de alimentare al plăcii de bază va trebui fie să fie strâns lângă VRM-ul procesorului, fie o magistrală proiectată pentru curenți mari, ceea ce din nou este dificil...

In acest sens, Intel a propus standardul ATX12V, conform caruia procesorul trebuie alimentat de la magistrala +12V - evident, cu acelasi consum de energie asta inseamna de 2,4 ori mai putin curent. Cu toate acestea, deoarece conectorul principal ATX are doar un fir de +12V, a fost necesar să se introducă un conector suplimentar ATX12V cu 4 pini... cu toate acestea, Intel a ucis două păsări dintr-o singură piatră - nu numai că a rezolvat în avans problema a contactelor de conector arse din cauza curenților de sarcină prea mari, dar și a designului PCB simplificat pentru producătorii de plăci de bază, deoarece plasarea unui mic conector cu 4 pini direct lângă VRM este mult mai ușoară decât plasarea unui conector mai mare cu 20 de pini.

Din păcate, AMD nu a susținut inițiativa Intel și, prin urmare, mulți deținători de plăci de bază pentru Socket A, dintre care, chiar și dintre cei aflați în vânzare în prezent, 20-25% încă nu au un conector ATX12V, au experimentat din plin problemele semnalate de Intel a vorbit patru. cu ani în urmă - odată cu apariția procesoarelor puternice pentru această platformă, au apărut primele rapoarte despre contactele arse ale sursei de alimentare și despre un dezechilibru puternic al tensiunilor sale de ieșire (după cum puteți vedea din tensiunile de alimentare menționate mai sus, chiar și unitățile ieftine fac față mai bine sarcinilor de +12V)...

De fapt, singurul dezavantaj tehnic de la introducerea ATX12V este o scădere ușoară a eficienței VRM, deoarece eficiența oricărui convertor de impulsuri scade odată cu creșterea diferenței dintre tensiunile de intrare și de ieșire. Cu toate acestea, acest lucru a fost mai mult decât compensat de o creștere a eficienței sursei de alimentare în sine - ca și pentru dezvoltatorii de plăci de bază, pentru dezvoltatorii de surse de alimentare, decizia de a se concentra pe consumul principal pe magistrala +12V a simplificat foarte mult proiectarea unităților.

După cum puteți vedea din grafice, versiunile ATX12V până la și inclusiv 1.2 diferă de ATX obișnuit doar prin creșterea consumului permis pe magistrala +12V. Modificări mai grave au avut loc în versiunea 1.3 - pentru prima dată în întreaga istorie a dezvoltării surselor de alimentare pentru computer, a introdus sarcina permisă necesară pe magistrala +5V scăzut, în timp ce sarcina pe magistrala +12V a crescut și mai mult - de fapt, adaptarea surselor de alimentare la cel mai sisteme moderne, în care tot mai puțini consumatori rămân pe magistrala +5V (procesoarele au fost alimentate de mult timp de +12V, iar acum plăcile video au urmat exemplul). Spre deosebire de modelele anterioare, sursa de alimentare ATX12V 1.3 nu mai este necesară pentru a suporta tensiuni stabile cu o sarcină mare la +5V și la o sarcină mică la +12V.

Și, în sfârșit ultima versiune astăzi este ATX12V 2.0. După cum puteți vedea cu ușurință, puterea sursei de alimentare pe magistrala +5V a scăzut și mai mult - acum este de doar 130W; dar puterea de sarcină admisă la +12V a crescut semnificativ. În plus, unitățile ATX12V 2.0 au achiziționat un conector de alimentare cu 24 de pini pe placa de bază în locul vechiului 20 de pini - dacă în urmă cu patru ani vechiul conector nu mai era suficient pentru a alimenta procesorul, motiv pentru care a fost inventat ATX12V, acum curentul permis al conectorului nu mai este suficient pentru a alimenta procesorul PCI Carduri expres. De asemenea, în blocurile ATX12V au apărut două surse de +12V, dar de fapt în interiorul blocului sunt o singură sursă, doar limitele curentului de declanșare a protecției sunt separate - conform cerințelor de siguranță ale standardului IEC-60950, curenții de peste 20A sunt nu este permis pe magistrala +12V, motiv pentru care este necesar să împărțiți această anvelopă în două părți. Cu toate acestea, în cazurile în care nu este necesară conformitatea cu acest standard, producătorii pot pur și simplu să nu instaleze circuitul corespunzător - atunci o sursă de alimentare ATX12V 2.0 cu curenți pe magistralele +12V, să zicem, 10A și 15A, poate fi considerată în siguranță ca sursă de alimentare. cu o magistrală +12V cu curent 25A.

Deci, dacă revenim la unitățile discutate mai sus, putem spune că MP-360AR Ver. 2 respectă standardul ATX12V 2.0, iar LC-B300 respectă standardul ATX12V 1.2, de unde diferența dintre PCB-urile lor. Cu toate acestea, motivul, desigur, nu este doar conformarea formală cu diferite versiuni ale standardului - amintiți-vă cum m-am plâns că în practică este imposibil să obțineți puterea declarată +5V de la LC-B300... și acum să suprapunem Intel KNH recomandat pe graficul său pentru blocuri ATX12V 1.2 de 300 de wați:

După cum puteți vedea, unitatea pur și simplu nu se încadrează în cerințele standard pentru modelele de 300 de wați în ceea ce privește sarcina admisă de +5V, așa că poate fi considerată ca fiind de 300 de wați doar cu avertismentul că acești wați nu sunt foarte corecti. Pentru comparație, puteți privi graficul aceluiași MP-360AR, dar cu PCB recomandat pentru blocuri ATX12V 2.0 de 350 de wați:

După cum puteți vedea, meciul este aproape perfect. Cred că nu este nevoie să comentez calitatea comparativă a acestor două blocuri.

În general, este destul de dificil să îndepliniți cerințele foarte stricte ale Intel pentru alimentarea cu energie - nu există multe unități care se pot lăuda cu acest lucru, totuși, o încălcare atât de gravă a recomandărilor, ca în cazul LC-B300, este rară. .

În ceea ce privește culorile KNH, putem spune că idealul, desigur, este o culoare verde uniformă... cu toate acestea, idealul, după cum știm, este de obicei de neatins. Situația este destul de normală când fiecare tensiune, cu excepția +3,3V destul de stabil, trece prin întreaga gamă de la verde sau galben-verde la un capăt al graficului până la roșu la celălalt; de asemenea, se întâmplă să nu existe culoare verde. pe KNKh deloc - asta înseamnă că tensiunea a fost inițial supraestimată. Cea mai gravă situație este atunci când orice tensiune trece prin întreaga gamă de culori de două ori - de la roșu la o margine, la verde la mijloc până la roșu la cealaltă margine a circuitului. Această situație, de exemplu, este vizibilă în LC-B300 discutat mai sus și înseamnă că la o margine a PCB tensiunea a scăzut semnificativ (evident, cu o sarcină mică de +5V și o sarcină mare de +12V, aceasta din urmă poate doar picătură), iar pe cealaltă margine - invers, a crescut mult; cu alte cuvinte, stabilitatea sa lasa de dorit...

Și, pentru a completa descrierea lui KNKh, voi da un exemplu de sursă de alimentare ideală. Mai sus, am menționat deja în trecere sursele de alimentare Antec și OCZ cu stabilizatoare auxiliare separate pe fiecare dintre magistralele principale; mai jos vă aduc în atenție tensiunea de alimentare măsurată experimental a unității OCZ Technology PowerStream OCZ-470ADJ (aceasta este deja un imagine cu drepturi depline cu toate cele trei tensiuni, perioada de schimbare a cadrului este de 5 secunde):

După cum puteți vedea, nu numai că este toate Circuitul KNH este determinat doar de sarcina maximă admisă a sursei de alimentare, astfel încât nici măcar o singură tensiune nu s-a apropiat de o abatere de 5 procente. Din păcate, astfel de surse de alimentare sunt încă relativ scumpe...

Desigur, testarea surselor de alimentare nu se termină cu construcția unităților de alimentare. În primul rând, toate unitățile sunt testate pentru stabilitate sub sarcină constantă de la zero la maxim în trepte de 75 W. În acest fel se determină dacă blocul este capabil să reziste la sarcină maximă.
În al doilea rând, pe măsură ce sarcina crește, se măsoară temperatura ansamblurilor de diode ale unității și viteza de rotație a ventilatorului, care în aproape toate sursele de alimentare moderne depinde de temperatură într-un fel sau altul.

Cu toate acestea, rezultatele măsurătorilor de temperatură ar trebui tratate cu oarecare scepticism - majoritatea surselor de alimentare au design diferite de radiatoare și locația ansamblurilor de diode pe ele și, prin urmare, măsurătorile de temperatură au o eroare destul de mare. Cu toate acestea, în cazurile critice, când sursa de alimentare este la un pas de moarte din cauza supraîncălzirii (și asta se întâmplă uneori la cele mai ieftine modele), citirile termometrului pot fi interesante - de exemplu, în practica mea au existat unități în care radiatoarele au devenit mai fierbinte la sarcină completă de sute de grade.

Mai interesante sunt măsurătorile vitezei ventilatorului – în ciuda faptului că toți producătorii le revendică reglarea temperaturii, implementarea practică poate varia foarte mult. De regulă, pentru blocurile de jos gama de prețuri viteza initiala a ventilatorului este deja de aproximativ 2000...2200 rpm. iar pe măsură ce se încălzește se modifică doar cu 10...15%, în timp ce pentru blocurile de înaltă calitate viteza inițială poate fi de doar 1000...1400 rpm, dublându-se la încălzire la putere maximă. Evident, dacă în primul caz sursa de alimentare va fi întotdeauna zgomotoasă, atunci în al doilea caz utilizatorii nu sunt prea sisteme puternice, încărcarea ușoară a sursei de alimentare poate conta pe liniște.

De asemenea, atunci când sursa de alimentare funcționează la putere maximă, se măsoară amplitudinea ondulației tensiunilor sale de ieșire. Permiteți-mi să vă reamintesc că, conform standardului, domeniul de ondulare în intervalul de până la 10 MHz nu trebuie să depășească 50 mV pentru magistrala +5V și 120 mV pentru magistrala +12V. În practică, la ieșirea unității pot fi prezente ondulații vizibile de două frecvențe - aproximativ 60 kHz și 100 Hz. Primul este rezultatul funcționării stabilizatorului PWM al unității (de obicei frecvența acestuia este de aproximativ 60 kHz) și este prezent într-o măsură sau alta pe toate sursele de alimentare. Mai jos este o oscilogramă de ondulații destul de tipice la frecvența de operare PWM, verde– bus +5V, galben – +12V:

După cum puteți vedea, acesta este exact cazul când ondulația pe magistrala +5V a depășit limitele permise de 50 mV. Oscilograma arată exact forma clasică a unor astfel de ondulații - triunghiulară, deși la sursele de alimentare mai scumpe momentele de comutare sunt de obicei netezite de șocuri instalate la ieșire.

A doua frecvență este dublă față de frecvența rețelei de alimentare (50 Hz), care ajunge la ieșire, de obicei din cauza capacității insuficiente a condensatoarelor redresoare de înaltă tensiune, a erorilor în circuite sau a designului slab al transformatorului de putere sau al plăcii de circuit imprimat. unitatea. De regulă, aceste fluctuații (în articole sunt date cu o bază de timp de 4 ms/div) se observă în multe unități din gama de preț mai mică și sunt destul de rare la modelele din clasa de mijloc. Gama acestor ondulații crește proporțional cu sarcina de pe sursa de alimentare și, la maximum, poate depăși uneori limitele admise.

De asemenea, la o sarcină de 150 W, generatorul de impulsuri dreptunghiular deja menționat mai sus în secțiunea anterioară a articolului este conectat la sursa de alimentare, după care se măsoară amplitudinea impulsurilor cu ajutorul unui osciloscop. prieten firul de alimentare, adică nu pe cel la care este conectat generatorul. Acest lucru verifică răspunsul general al unității la o astfel de sarcină pulsată și, în special, cât de bine va suprima interferențele de la fiecare dintre dispozitivele conectate la aceasta. Cu toate acestea, datorită prezenței unor supratensiuni ascuțite la comutarea generatorului, precizia măsurării nu este prea mare, dar uneori se pot trage concluzii interesante din aceste măsurători.

Și în final, măsurători ale eficienței și factorului de putere al unităților. Poate că aceasta este secțiunea mai puțin importantă și interesantă - după cum a arătat experiența, acești parametri sunt destul de apropiați pentru diferite blocuri și, deoarece pentru marea majoritate a utilizatorilor nu contează, deoarece fluctuațiile lor mici nu au niciun efect asupra funcționării computer (și fluctuații mari între diferite modele blocuri de același tip nu sunt observate), apoi măsurătorile sunt efectuate numai în cazuri destul de rare. Astfel, se măsoară factorul de putere pentru unitățile pentru care se declară corecția acestuia, iar randamentul este fie împreună cu factorul de putere (de fapt, valoarea eficienței se obține automat, nu sunt necesare măsurători suplimentare pentru aceasta), fie dacă pentru una motiv sau altul există suspiciuni că acest bloc depășește limitele admise, ceea ce se întâmplă extrem de rar.

În final, aș vrea să spun și că nu măsoară și nu voi măsura, în ciuda posibilității posibile. Am o atitudine foarte negativă față de testele care măsoară puterea maximă absolută de ieșire de către o sursă de alimentare - când în timpul testului sarcina pe unitate crește până când protecția este declanșată sau pur și simplu unitatea se arde. Astfel de teste dau prea multă împrăștiere în rezultate, nu numai în funcție de instanța specifică a blocului, ci și de modul exact în care îl încarcă experimentatorul - adică modul în care sarcina este distribuită între magistralele blocului. În plus, pentru funcționarea normală a unui computer, nu este nevoie de o anumită capacitate nominală a sursei de alimentare de a menține o astfel de putere, ci capacitatea de a produce tensiuni și ondulații în limitele toleranței stabilite de standard, ceea ce, din păcate , nu i se acordă de obicei atenție în astfel de teste. Prin urmare, cifrele obținute la astfel de teste, deși foarte frumoase, dar, vai, nu prea au de-a face cu realitatea.

Deci, metodologia pe care am dezvoltat-o ​​în prezent pentru testarea surselor de alimentare ne permite nu numai să studiem comportamentul sursei de alimentare în detaliu, ci și să comparăm în mod clar diferite surse de alimentare - iar acest lucru a devenit deosebit de clar datorită construcției cross- caracteristicile de încărcare, care pot fi folosite foarte obiectiv și fără rezerve suplimentare spun ce este un anumit bloc.
Buna din nou!..
Din păcate, articolul meu a fost amânat pentru că... a apărut un proiect de lucru urgent și dificultăți interesante la implementarea unui corector de factor de putere ( mai departe KKM). Și au fost cauzate de următoarele - în producția noastră, pentru a controla casa de marcat, folosim un microcircuit „la comandă”, care pentru scopurile noastre este produs de Austria, care a fost prietenos mai ales în 1941 și, în consecință, nu poate fi găsit. de vanzare. Prin urmare, a apărut sarcina de a converti acest modul într-o bază elementară accesibilă și alegerea mea a căzut pe un cip de controler PWM - L6561.
De ce ea? Disponibilitate banala, sau mai bine zis am gasit-o in „Chip & Dip”, am citit fișa tehnică și mi-a plăcut. Am comandat 50 de bucăți deodată, pentru că... mai ieftin și în proiectele mele de amatori am deja mai multe sarcini pentru asta.

Acum despre principalul lucru: în acest articol vă voi spune cum mi-am amintit că am proiectat convertoare cu un singur capăt aproape de la zero ( s-ar părea că au ceva de-a face cu asta), de ce am ucis o duzină de chei și cum poți evita asta. Această parte îți va spune teoria și ce se întâmplă dacă o neglijezi. Implementarea practică va apărea în partea următoare, așa cum am promis, împreună cu încărcător, deoarece Ele sunt în esență un singur modul și trebuie testate împreună.
Privind în viitor, voi spune că pentru următoarea parte am pregătit deja câteva zeci de fotografii și videoclipuri în care memoria mea nu va dura mult. "recalificat" mai întâi în aparatul de sudură și apoi în sursa de alimentare pentru "capră". Cei care lucrează în producție vor înțelege ce fel de animal este acesta și cât consumă pentru a ne ține de cald)))

Și acum la oile noastre...

De ce avem nevoie chiar de această casă de marcat?

Principal necaz Redresor „clasic” cu condensatori de stocare (acesta este lucrul care transformă 220V AC în +308V curent continuu), care funcționează dintr-un curent sinusoidal, este că același condensator se încarcă (preia energie din rețea) doar în momentele în care tensiunea aplicată lui este mai mare decât pe el însuși.

Nu citiți în limbajul uman, pentru cei slabi de inimă și cu grade științifice

După cum știm, curentul electric refuză complet să curgă dacă nu există o diferență de potențial. Direcția fluxului de curent va depinde și de semnul acestei diferențe! Dacă ați speriat și ați decis să încercați să vă încărcați telefonul mobil cu o tensiune de 2V, unde bateria Li-ion este proiectată pentru 3,7V, atunci nimic nu vă va funcționa. Deoarece Curentul va fi dat de sursa care are potentialul mai mare, iar energia va fi primita de cea cu potentialul mai mic.
Totul este ca în viață! Cântărești 60 de kg, iar tipul de pe stradă care a venit să-ți ceară să suni 120 de kg - este clar că va înmâna păsărica și o vei primi. Deci și aici - o baterie cu 2V de 60 kg nu va putea furniza curent unei baterii cu 3,7V de 120 kg. La fel este și cu un condensator, dacă are +310V și îi aplicați +200V, atunci va refuza să primească curent și nu se va încărca.

De asemenea, merită remarcat faptul că, pe baza „regulii” descrise mai sus, timpul alocat condensatorului pentru încărcare va fi foarte scurt. În cazul nostru, curentul se modifică după o lege sinusoidală, adică tensiunea necesară va fi doar la vârfurile sinusoidei! Dar condensatorul trebuie să funcționeze, așa că devine nervos și încearcă să se încarce. El cunoaște legile fizicii, spre deosebire de unii, și „înțelege” că timpul este scurt și, prin urmare, începe să consume un curent uriaș chiar în aceste momente, când tensiunea este la vârf. La urma urmei, ar trebui să fie suficient să operați dispozitivul până când apare următorul vârf.

Câteva despre aceste „vârfuri”:

Figura 1 - Vârfurile în care este încărcat condensatorul

După cum putem vedea, porțiunea din perioada în care EMF ia o valoare suficientă pentru încărcare (figurativ 280-310V) este de aproximativ 10% din perioada totală în rețeaua AC. Se pare că, în loc să luăm în mod constant treptat energie din rețea, o scoatem numai în episoade mici, „supraîncărcând” astfel rețeaua. Cu o putere de 1 kW și o sarcină inductivă, curentul în momentul unor astfel de „vârfuri” poate atinge cu ușurință valori de 60-80A.

Prin urmare, sarcina noastră se rezumă la a asigura extragerea uniformă a energiei din rețea pentru a nu supraîncărca rețeaua! Casa de marcat este cea care ne va permite să implementăm această sarcină în practică.

Cine este acest KKM al tău?

Corector de putere- Acesta este un convertor de tensiune obișnuit, cel mai adesea este cu un singur capăt. Deoarece folosim modulația PWM, atunci în acest moment cheie publică Tensiunea pe condensator este constantă. Dacă stabilizăm tensiunea de ieșire, atunci curentul preluat din rețea este proporțional cu tensiunea de intrare, adică se modifică fără probleme conform unei legi sinusoidale fără vârfurile și salturile de consum descrise anterior.

Circuitul PFC-ului nostru

Aici am decis să nu-mi schimb principiile și, de asemenea, m-am bazat pe fișa de date a controlerului pe care l-am ales - L6561. Inginerii companiei STMicroelectronics au făcut deja totul pentru mine și, mai precis, au dezvoltat deja designul de circuit ideal pentru produsul lor.
Da, pot recalcula totul de la zero și pot petrece o zi sau două pe această chestiune, adică toate weekendurile mele deja rare, dar întrebarea este de ce? Dovediți-mi că pot, din fericire, această etapă a fost trecută de mult)) Aici îmi amintesc o glumă cu barbă despre zona bilelor roșii, se spune că un matematician aplică o formulă, iar un inginer scoate o masă cu zona bilelor roșii.... Așa este și în acest caz.

Vă sfătuiesc să acordați imediat atenție faptului că circuitul din fișa de date este proiectat pentru 120 W, ceea ce înseamnă că ar trebui să se adaptează la cei 3 kW ai noștri și stres extrem de muncă.

Acum câteva documentații pentru ceea ce a fost descris mai sus:
Fișă tehnică pentru L6561

Daca ne uitam la pagina 6 vom vedea mai multe diagrame, ne intereseaza diagrama cu semnatura Rețea cu gamă largă, care înseamnă în basurmană „pentru funcționarea într-o gamă largă de tensiuni de alimentare” . Este acest „mod” pe care l-am avut în vedere când vorbeam despre tensiuni extreme. Dispozitivul este considerat universal, adică poate funcționa din orice rețea standard (de exemplu, în statele 110V) cu un interval de tensiune de 85 - 265V.

Această soluție ne permite să punem la dispoziție UPS-ul nostru funcția de stabilizator de tensiune! Pentru mulți, această gamă va părea excesivă și atunci pot realiza acest modul ținând cont de tensiunea de alimentare de 220V + - 15%. Aceasta este considerată norma și 90% dintre dispozitive în categorie de pret până la 40 de mii de ruble sunt complet lipsite de casa de marcat, iar 10% o folosesc numai cu calculul abaterilor de cel mult 15%. Acest lucru ne permite, fără îndoială, să reducem oarecum costul și dimensiunile, dar dacă nu ați uitat încă, facem un dispozitiv cu care trebuie să concureze ARS!

Prin urmare, pentru mine am decis să aleg cel mai mult varianta corectași faceți un rezervor indestructibil care poate fi tras chiar și într-o casă de țară unde există 100V în rețea, un aparat de sudură sau o pompă într-un puț:


Figura 2 - Design de circuit standard oferit de ST

Adaptarea circuitelor standard la sarcinile noastre

a) Când mă uit la această diagramă de la DS, primul lucru care îmi vine în minte este trebuie să adăugați un filtru de mod comun!Și acest lucru este corect, pentru că. pe de mare putere vor începe să înnebunească electronicele. Pentru curenți de 15 A sau mai mult, va avea un aspect mai complicat decât mulți sunt obișnuiți să vadă în aceleași surse de alimentare pentru computer, unde doar 500-600 W. Prin urmare, această revizuire va fi un articol separat.

B) Vedem condensatorul C1, puteți lua o formulă complicată și puteți calcula capacitatea necesară și îi sfătuiesc pe cei care doresc să se aprofundeze în asta să facă acest lucru, amintindu-și la un moment dat de inginerie electrică de anul 2 de la orice politehnică. Dar nu voi face asta, pentru că... Pe baza propriilor mele observații din calcule vechi, îmi amintesc că până la 10 kW această capacitate crește aproape liniar în raport cu creșterea puterii. Adică, ținând cont de 1 µF la 100 W, constatăm că pentru 3000 W avem nevoie de 30 µF. Acest recipient se umple ușor din 7 condensatoare cu film de 4,7 µF și 400 V fiecare. Chiar și puțin cu rezervă, până la urmă Capacitatea unui condensator este foarte dependentă de tensiunea aplicată.

C) Vom avea nevoie de un tranzistor de putere serios, pentru că... Curentul consumat din rețea va fi calculat după cum urmează:


Figura 3 - Calculul curentului nominal pentru PFC

Am inteles 41,83A. Acum admitem sincer că nu vom putea menține temperatura cristalului tranzistorului în regiunea de 20-25 o C. Sau, mai degrabă, ne putem descurca, dar va fi scump pentru o astfel de putere. După 750 kW, costul răcirii cu freon sau oxigen lichid este erodat, dar până acum acest lucru este departe de a fi cazul))) Prin urmare, trebuie să găsim un tranzistor care poate produce 45-50A la o temperatură de 55-60 o C.

Având în vedere că există inductanță în circuit, aș prefera IGBT tranzistor, deoarece sunt cele mai durabile. Curentul maxim trebuie selectat pentru căutare mai întâi aproximativ 100A, deoarece acesta este curentul la 25 o C; cu creșterea temperaturii, curentul maxim de comutare al tranzistorului scade.

Câteva despre Cree FET

Literal, pe 9 ianuarie, am primit un pachet din State de la prietenul meu cu o grămadă de tranzistori diferiți pentru testare, acest miracol se numește - CREE FET. Nu voi spune că aceasta este o nouă mega-tehnologie; de ​​fapt, tranzistorii pe bază de carbură de siliciu au fost fabricați în anii 80, și-au adus-o în minte abia acum. Ca om de știință al materialelor primare și compozitor în general, sunt scrupuloasă în această industrie, așa că am fost foarte interesat acest produs, mai ales că 1200V a fost declarat la zeci și sute de amperi. Nu le-am putut cumpăra din Rusia, așa că m-am adresat fostului meu coleg de clasă și mi-a trimis amabil o grămadă de mostre și o placă de testare cu înainte.
Pot spune un lucru - au fost cele mai scumpe artificii ale mele!
8 chei au fost atât de dărâmate încât m-am supărat mult timp... De fapt, 1200V este o cifră teoretică pentru tehnologie, 65A declarat s-a dovedit a fi doar un curent pulsat, deși documentația spunea clar că era nominal. . Se pare că a existat un „curent de puls nominal” sau orice au venit chinezii. În general, este încă o prostie, dar există un DAR!
Când am făcut-o în sfârșit CMF10120D Corector de 300 W, s-a dovedit că pe același calorifer și circuit avea o temperatură de 32 o C față de 43 la IGBT, iar asta este foarte semnificativ!
Concluzie despre CREE: tehnologia este brută, dar este promițătoare și cu siguranță AR AR trebui să fie.

Drept urmare, după ce m-am uitat prin cataloagele din expozițiile pe care le-am vizitat (un lucru convenabil, apropo, ala căutare parametrică), am ales două chei, acestea au fost - IRG7PH50Și IRGPS60B120. Ambele sunt 1200V, ambele sunt 100+A, dar la deschiderea foii de date, prima cheie a fost eliminată imediat - este capabilă să comute un curent de 100A doar la o frecvență de 1 kHz, ceea ce este dezastruos pentru sarcina noastră. Al doilea comutator este de 120A și frecvența este de 40 kHz, ceea ce este destul de potrivit. Priviți fișa de date de la linkul de mai jos și căutați un grafic care arată dependența curentului de temperatură:

Figura 4.1 - Graficul care arată dependența curentului maxim de frecvența de comutare pentru IRG7PH50, să-l lăsăm pentru convertizorul de frecvență

Figura 4.2 - Graficul cu curentul de funcționare la o temperatură dată pentru IRGPS60B120

Aici vedem cifrele prețuite care ne arată că la 125 o C atât tranzistorul, cât și dioda pot gestiona cu ușurință curenți de puțin peste 60A, în timp ce putem implementa conversia la o frecvență de 25 kHz fără probleme sau restricții.

D) Dioda D1, trebuie să alegem o diodă cu o tensiune de funcționare de cel puțin 600V și un curent nominal pentru sarcina noastră, adică 45A. Am decis să folosesc diodele pe care le aveam la îndemână (le-am achiziționat recent pentru a dezvolta un sudor pentru un „punte oblic”): VS-60EPF12. După cum se vede din marcaje, este de 60A și 1200V. Pariez totul cu rezervă, pentru că... Acest prototip este făcut pentru mine și persoana iubită și mă face să mă simt mai bine.
De fapt, puteți obține o diodă de 50-60A și 600V, dar nu există niciun preț între versiunea de 600V și 1200V.

D) Condensatorul C5, totul este la fel ca în cazul lui C1 - doar creșteți valoarea din fișa de date proporțional cu puterea. Rețineți că, dacă plănuiți o sarcină inductivă puternică sau o sarcină dinamică cu creșteri rapide de putere (adică un amplificator de concert de 2 kW), atunci este mai bine să nu vă zgâriți asupra acestui punct.
O voi pune la opțiunea mea 10 electroliți la 330 uF și 450V, dacă intenționați să alimentați câteva computere, routere și alte lucruri mici, atunci vă puteți limita la 4 electroliți de 330 uF și 450V fiecare.

E) R6 - este, de asemenea, un șunt de curent, ne va scuti de mâinile strâmbe și de erori accidentale, protejează și circuitul de scurt circuitși excesul de sarcină. Lucrul este cu siguranță util, dar dacă procedăm ca inginerii de la ST, atunci la curenți de 40A vom ajunge la o centrală obișnuită. Există 2 opțiuni: un transformator de curent sau un șunt din fabrică cu o cădere de 75 mV + op-amp ala LM358.
Prima opțiune este mai simplă și asigură izolarea galvanică a acestui nod de circuit. Am spus cum se calculează un transformator de curent într-un articol anterior, este important să ne amintim că protecția va funcționa atunci când tensiunea de pe piciorul 4 crește la 2,5 V (în realitate până la 2,34 V).
Cunoscând această tensiune și curent a circuitului, folosind formulele din părțile 5 puteți calcula cu ușurință transformatorul de curent.

G) Și ultimul punct este șocul de putere. Mai multe despre el mai jos.

Choke de putere și calculul său

Dacă cineva citește cu atenție articolele mele și are o memorie excelentă, atunci ar trebui să-și amintească articolul 2 și fotografia nr.5, prezinta 3 elemente de scar pe care le folosim. Îți voi arăta din nou:

Figura 5 - Cadre și miez pentru produse de bobinare electrică

În acest modul vom folosi din nou inelele noastre toroidale preferate din fier pulverizat, dar doar de data aceasta nu doar unul, ci 10 deodată! Ce ai vrut? 3 kW nu sunt artizanat chinezesc...

Avem datele inițiale:
1) Curent - 45A + 30-40% din amplitudinea inductorului, total 58,5A
2) Tensiune de ieșire 390-400V
3) tensiune de intrare 85-265V AC
4) Miez - material -52, D46
5) Gap - distribuit

Figura 6 - Și din nou, draga Starichok51 ne economisește timp și îl consideră ca pe un program CaclPFC

Cred că calculul a arătat tuturor cât de serios va fi acest design)) 4 inele, un radiator, o punte de diode și un IGBT - groază!
Regulile de lichidare pot fi citite în articolul „Partea 2”. Înfășurare secundară atârnă pe inele în cantitate - 1 tură.

Rezumatul clapetei:

1) după cum puteți vedea, numărul de inele este deja de 10 bucăți! Acesta este scump, fiecare inel costă aproximativ 140 de ruble, dar ce vom primi în schimb în paragrafele următoare
2) temperatura de funcționare este de 60-70 o C - aceasta este absolut ideală, deoarece mulți setează temperatura de funcționare la 125 o C. În producția noastră o setăm la 85 o C. De ce se face asta - pentru un somn odihnitor, plec calm de acasă pentru o săptămână și știu că nimic nu va izbucni, nimic nu va arde și totul va fi înghețat. Cred că prețul pentru asta la 1500 de ruble nu este atât de letal, nu-i așa?
3) Am setat densitatea de curent la un mic 4 A/mm 2 , acest lucru va afecta atât căldura, cât și izolarea și, în consecință, fiabilitatea.
4) După cum puteți vedea din calcul, capacitatea recomandată după inductor este de aproape 3000 uF, așa că alegerea mea cu 10 electroliți de 330 uF se potrivește perfect aici. Capacitatea condensatorului C1 s-a dovedit a fi de 15 uF, avem o rezervă dublă - o puteți reduce la 4 condensatoare de film, puteți lăsa 7 bucăți și va fi mai bine.

Important! Numărul de inele din șocul principal poate fi redus la 4-5, crescând simultan densitatea de curent la 7-8 A/mm2. Acest lucru va economisi o mulțime de bani, dar amplitudinea curentului va crește oarecum și, cel mai important, temperatura va crește la cel puțin 135 o C. Cred că asta buna decizie pentru un invertor de sudura cu un duty cycle de 60%, dar nu si pentru un UPS, care functioneaza non-stop si probabil intr-un spatiu destul de limitat.

Ce pot să spun - avem un monstru în creștere)))

Filtru de mod comun

Pentru a înțelege diferența dintre circuitele pentru acest filtru pentru curenți de 3A (sursa de alimentare a computerului menționată mai sus) și pentru curenți de 20A, puteți compara circuitul de la Google pe ATX cu următoarele:


Figura 7 - Schema schematică a unui filtru de mod comun

Mai multe caracteristici:

1) C29 este un condensator pentru filtrarea interferențelor electromagnetice și este marcat "X1". Valoarea sa nominală ar trebui să fie în intervalul 0,001 - 0,5 mF.

2) Choke-ul atârnă pe miez E42/21/20.

3) Două șocuri pe inelele DR7 și DR9 sunt înfășurate pe orice miez de pulverizare cu un diametru mai mare de 20 mm. Am înfășurat același D46 din material -52 până când am umplut 2 straturi. Zgomot în rețea chiar și atunci când putere nominală practic nici unul, dar acest lucru este de fapt redundant chiar și în înțelegerea mea.

4) Condensatorii C28 și C31 au 0,047 µF și 1 kV fiecare și trebuie să fie de clasă „Y2”.

Conform calculului inductanței bobinelor:

1) Inductanța inductorului de mod comun ar trebui să fie de 3,2-3,5 mH

2) Inductanța pentru bobinele diferențiale se calculează folosind formula:


Figura 8 - Calculul inductanței bobinelor diferențiale fără cuplaj magnetic

Epilog

Folosind dezvoltările competente și profesionale ale inginerilor ST, am putut costuri minime face, dacă nu perfect, atunci pur și simplu excelent corectarea factorului de putere activă cu parametri mai buni decât orice Schneider. Singurul lucru de care ar trebui să-ți amintești cu siguranță este cât de mult ai nevoie de el? Și pe baza acestui lucru, ajustați parametrii pentru dvs.

Scopul meu în acest articol a fost tocmai să arăt procesul de calcul cu posibilitatea de a ajusta datele inițiale, astfel încât fiecare, după ce a decis asupra parametrilor sarcinilor sale, să poată calcula și fabrica singur modulul. Sper că am reușit să arăt acest lucru și în următorul articol voi demonstra funcționarea în comun a casei de marcat și a încărcătorului din partea nr. 5.

Tehnologia de conversie

Introducere

În ultimele decenii, numărul de electronice utilizate în case, birouri și fabrici a crescut dramatic, iar majoritatea dispozitivelor folosesc surse de alimentare comutatoare. Astfel de surse generează distorsiuni de curent armonice și neliniare, care afectează negativ cablajul electric și aparatele electrice conectate la acesta. Această influență este exprimată nu numai în diferite tipuri interferență, afectând funcționarea dispozitivelor sensibile, dar și în supraîncălzirea liniei neutre. Atunci când curenții curg în sarcini cu componente armonice semnificative care sunt defazate cu tensiunea, curentul din firul neutru (care este practic zero cu o sarcină simetrică) poate crește până la o valoare critică.

Comisia Electrotehnică Internațională (IEC) și Organizația Europeană pentru Standardizare Electrotehnică (CENELEC) au adoptat standardele IEC555 și EN60555 care stabilesc limite ale conținutului de armonici în curentul de intrare al surselor de alimentare secundare, sarcinilor electronice ale lămpilor fluorescente, driverelor de motoare DC și dispozitivelor similare.

Una dintre modalitățile eficiente de a rezolva această problemă este utilizarea corectoarelor de factor de putere PFC (Power Factor Correction). În practică, aceasta înseamnă că un circuit special PFC trebuie să fie inclus în circuitul de intrare al aproape orice dispozitiv electronic cu convertoare de impulsuri, care asigură reducerea sau suprimarea completă a armonicilor de curent.

Corecția factorului de putere

O sursă de alimentare cu comutație tipică constă dintr-un redresor de rețea, un condensator de netezire și un convertor de tensiune. O astfel de sursă consumă energie numai în acele momente în care tensiunea furnizată de la redresor la condensatorul de netezire este mai mare decât tensiunea pe ea (condensatorul), care apare pentru aproximativ un sfert din perioadă. În restul timpului, sursa nu consumă energie din rețea, deoarece sarcina este alimentată de un condensator. Aceasta duce la faptul că puterea este preluată de sarcină numai la vârful tensiunii, curentul consumat are forma unui impuls scurt și conține un set de componente armonice (vezi Fig. 1).

O sursă de alimentare secundară cu corecție a factorului de putere consumă curent cu distorsiuni armonice scăzute, preia puterea de la rețea mai uniform și are un factor de creastă (raportul dintre valoarea amplitudinii curentului și valoarea sa efectivă) mai mic decât cel al unei surse necorectate. . Corecția factorului de putere reduce valoarea RMS a consumului de curent, ceea ce vă permite să conectați mai multe dispozitive diferite la o priză a rețelei electrice fără a crea supracurent în ea (vezi Fig. 2).

Factor de putere

Factor de putere PF este un parametru care caracterizează distorsiunea creată de sarcină (în cazul nostru, sursa secundară de alimentare) în rețeaua de curent alternativ. Există două tipuri de distorsiuni - armonice și neliniare. Distorsiunea armonică este cauzată de o sarcină reactivă și reprezintă o schimbare de fază între curent și tensiune. Distorsiunile neliniare sunt introduse în rețea de sarcini „neliniare”. Aceste distorsiuni sunt exprimate în abaterea formei de undă de curent sau tensiune de la o sinusoidă. Când distorsiuni armonice Factorul de putere este cosinusul diferenței de fază dintre curent și tensiune sau raportul dintre puterea activă și puterea totală consumată din rețea. Pentru distorsiuni neliniare Factorul de putere este egal cu ponderea puterii primei componente de curent armonic în puterea totală consumată de dispozitiv. Poate fi considerat un indicator al modului în care dispozitivul consumă energie de la rețea.

În general factorul de putere este produsul dintre cosinusul unghiului diferenței de fază dintre tensiune și curent și cosinusul unghiului dintre vectorul armonic fundamental și vectorul curent total. Raționamentul prezentat mai jos conduce la această definiție. Curentul efectiv care curge în sarcina activă are forma:

I 2 eff =I 2 0 +I 2 1eff +SI 2 neff,

unde I 2 neff este componenta constantă (în cazul tensiunii sinusoidale este zero), I 2 1eff este armonica principală, iar sub semnul sumei se află armonicile inferioare. Când lucrați cu o sarcină reactivă, o componentă reactivă apare în această expresie și ia forma:

I 2 eff =I 2 0 +(I 2 1eff(P) +I 2 1eff(Q))+SI 2 neff. Putere activă- aceasta este valoarea medie a puterii alocate sarcinii active pe perioada.

Poate fi reprezentat ca produsul dintre tensiunea efectivă și componenta activă a curentului P=U eff H I 1eff(P). Din punct de vedere fizic, aceasta este energia eliberată sub formă de căldură pe unitatea de timp pe rezistență activă. Sub putere reactivaînțelegeți produsul dintre tensiunea efectivă și componenta reactivă a curentului: Q = U eff H I 1 eff (Q). Semnificația fizică este energia care este pompată de două ori pe perioadă de la generator la sarcină și de două ori de la sarcină la generator. Puterea totală este produsul dintre tensiunea efectivă și curentul efectiv total: S=U eff H I eff(total). Pe plan complex, poate fi reprezentat ca suma vectorilor P și Q, din care este vizibilă dependența I 2 =I 1eff(total) cos j, unde j este unghiul dintre vectorii P și Q, care caracterizează și diferența de fază între curentul și tensiunea din circuit.

Pe baza celor de mai sus, obținem definiția pentru factorul de putere:

PF=P/S=(I 1eff cos j)/(Ieff(total)).

Este de remarcat faptul că raportul (I 1eff)/(Ieff(total)) este cosinusul unghiului dintre vectori corespunzător valorii efective a curentului total și valoarea efectivă a primei sale armonice. Dacă notăm acest unghi cu q, atunci expresia factorului de putere ia forma: PF=cos j Х cos q. Sarcina corectării factorului de putere este de a aduce unghiul diferenței de fază j între tensiune și curent, precum și unghiul de distorsiune armonică q al curentului consumat, mai aproape de zero (sau, cu alte cuvinte, de a aduce forma curbei curentului). cât mai aproape de o sinusoidă și să compenseze pe cât posibil defazajul).

Factorul de putere este exprimat ca o fracție zecimală, a cărei valoare variază de la 0 la 1. Valoarea sa ideală este unul (pentru comparație, o sursă de alimentare cu comutație tipică fără corecție are o valoare a factorului de putere de aproximativ 0,65), 0,95 este o valoare bună ; 0,9 - satisfăcător; 0,8 - nesatisfăcător. Aplicarea corecției factorului de putere poate crește factorul de putere al dispozitivului de la 0,65 la 0,95. Valorile în intervalul 0,97...0,99 sunt, de asemenea, destul de realiste. În mod ideal, atunci când factorul de putere egal cu unu, dispozitivul consumă un curent sinusoidal din rețea cu defazaj zero față de tensiune (care corespunde unei sarcini complet rezistive cu o caracteristică liniară curent-tensiune).

Corecție pasivă a factorului de putere

Metoda de corecție pasivă este folosită cel mai adesea în dispozitivele ieftine de putere redusă (unde nu există cerințe stricte pentru intensitatea armonicilor de curent mai scăzute). Corecția pasivă vă permite să obțineți un factor de putere de aproximativ 0,9. Acest lucru este convenabil în cazul în care sursa de alimentare a fost deja proiectată, tot ce rămâne este să creați un filtru adecvat și să îl includeți în circuitul de la intrare.

Corecția pasivă a factorului de putere constă în filtrarea consumului de curent folosind un filtru trece-bandă LC. Această metodă are mai multe limitări. Un filtru LC poate fi eficient ca corector al factorului de putere numai dacă tensiunea, frecvența și sarcina variază într-un interval restrâns de valori. Deoarece filtrul trebuie să funcționeze în regiunea de frecvență joasă (50/60 Hz), componentele sale sunt mari ca dimensiune, greutate și factor de calitate scăzut(ceea ce nu este întotdeauna acceptabil). in primul rand, numărul componentelor cu abordare pasivă este mult mai mic și, prin urmare, timpul dintre defecțiuni este mai mare, iar în al doilea rând, cu corecția pasivă, se creează mai puține interferențe electromagnetice și de contact decât cu cea activă.

Corecția factorului de putere activă

O corecție activă a factorului de putere trebuie să îndeplinească trei condiții:

1) Forma curentului consumat trebuie să fie cât mai apropiată de sinusoidală și „în fază” cu tensiunea. Valoarea instantanee a curentului consumat de la sursa trebuie sa fie proportionala cu tensiunea instantanee a retelei.

2) Puterea preluată de la sursă trebuie să rămână constantă chiar dacă tensiunea rețelei se modifică. Aceasta înseamnă că atunci când tensiunea rețelei scade, curentul de sarcină trebuie crescut și invers.

3) Tensiunea la ieșirea corectorului PFC nu ar trebui să depindă de dimensiunea sarcinii. Pe măsură ce tensiunea pe sarcină scade, curentul prin aceasta trebuie să crească și invers.

Există mai multe scheme care pot fi utilizate pentru a implementa corecția factorului de putere activă. Cel mai popular în prezent este „circuitul convertizorului boost”. Acest circuit satisface toate cerințele pentru sursele de alimentare moderne. in primul rand, vă permite să lucrați în rețele cu tensiuni de alimentare diferite (de la 85 la 270 V) fără restricții sau ajustări suplimentare. În al doilea rând, ea este mai puțin susceptibilă la abateri parametrii electrici rețele (supratensiuni sau întreruperi de scurtă durată). Un alt avantaj al acestei scheme este că este mai mult implementare simplă protectie la supratensiune. O diagramă simplificată a unui „convertor boost” este prezentată în Fig. 3.

Principiul de funcționare

Corectorul de factor de putere standard este un convertor AD/DC cu modulație de lățime a impulsurilor (PWM). Modulatorul controlează un comutator puternic (de obicei MOSFET), care convertește tensiunea de rețea directă sau redresată într-o secvență de impulsuri, după rectificarea cărora se obține o tensiune constantă la ieșire.

Diagramele de timp ale funcționării corectorului sunt prezentate în Fig. 4. Când comutatorul MOSFET este pornit, curentul din inductor crește liniar - în timp ce dioda este blocată, iar condensatorul C2 este descărcat la sarcină. Apoi, când tranzistorul este oprit, tensiunea pe inductor „deschide” dioda, iar energia stocată în inductor încarcă condensatorul C2 (și alimentează simultan sarcina). În circuitul de mai sus (spre deosebire de o sursă fără corecție), condensatorul C1 are o capacitate mică și servește la filtrarea interferențelor de înaltă frecvență. Frecvența de conversie este de 50...100 kHz. În cel mai simplu caz, circuitul funcționează cu un ciclu de lucru constant. Există modalități de a crește eficacitatea corectării schimbare dinamică ciclu de lucru (potrivirea ciclului cu anvelopa de tensiune de la redresorul).

Circuitul „boost converter” poate funcționa în trei moduri: continuu , discretși așa-numitul „ modul critic de conductivitate" ÎN discret modul, în fiecare perioadă curentul inductorului reușește să „scădeze” la zero și după un timp începe să crească din nou, iar în continuu- curentul, neavând timp să ajungă la zero, începe din nou să crească. Modul conductivitate critică utilizate mai rar decât precedentele două. Este mai greu de implementat. Semnificația sa este că MOSFET-ul se deschide în momentul în care ajunge la curentul inductorului valoare zero. Când funcționează în acest mod, reglarea tensiunii de ieșire este simplificată.

Alegerea modului depinde de puterea de ieșire necesară a sursei de alimentare. Dispozitivele cu o putere mai mare de 400 W folosesc modul continuu, în timp ce dispozitivele cu putere redusă folosesc modul discret. Corecția activă a factorului de putere vă permite să obțineți valori de 0,97...0,99 cu un coeficient THD (Total Harmonic Distorsion) de 0,04...0,08.