Работа цепи формирования дежурного напряжения в ATX PSU

В блоках питания формата ATX сразу после их соединения с AC-вводом (220-230V) включается цепь формирования дежурного напряжения +5VSB.

На 24-пиновой колодке блока питания ATX напряжение +5 вольт StandBy поступает по 9-му контакту, провод фиолетового цвета:

Назначение контактов разъема блока питания ATX-формата (вид со стороны коннекторов):

При наличии переменного напряжения на входе схема формирования дежурного напряжения +5VSB работает постоянно: как во время простоя компьютера, так и при его обычной работе.

Источник питания дежурного режима должен быть способен в течение долгого времени отдавать ток не менее 3 ампер. Это нужно для работы в таких режимах, как soft power control, Wake on LAN, wake-on-modem, intrusion detection, Alternative Sleep Modes (ASM), глубокий сон, а также для питания внешних USB устройств

В связи с тем, что узел дежурки работает беспрерывно, он достаточно часто выходят из строя. Это может быть связано с выходом из строя элементов входных цепей, высоковольтного выпрямителя, высыханием высоковольтных электролитических конденсаторов, превышением допустимой нагрузки, а также другими причинами.

Для нахождения причины неисправности блока питания и его ремонта нужно понимать, как работает цепь формирования дежурного напряжения, как происходит взаимодействие с супервизором, какова последовательность включения ATX-блока питания в работу.

Как включается компьютерный блок питания стандарта ATX?

При подключении компьютерного блока питания в электрическую сеть, независимо от того, включен компьютер или нет, происходят несколько основных процессов:

сетевое переменное напряжение (в странах Европы это 220-230 вольт) поступает на входные фильтрующие элементы. К ним относятся: X и Y-конденсаторы, дифференциальный индуктивный фильтр и другие элементы. Их основная задача — не допустить попадания в сеть помех от работы импульсных преобразователей БП;
для защиты блока питания от больших всплесков входного напряжения на его входе до выпрямителя (в большинстве случаев это диодный мост) устанавливают предохранитель, варисторы и газовые разрядники;
для уменьшения входного тока в момент заряда накопительных высоковольтных электролитических конденсаторов, (они заряжаются до напряжения около +380VDC в БП с APFC, до +320V в БП без такового) во входной цепи обычно устанавливают токоограничивающий NTC-терморезистор. В холодном состоянии он имеет сопротивление порядка нескольких Ом, в горячем — близкое к нулю. В качественных блоках питания при переходе БП в нормальный режим работы этот терморезистор закорачивается с помощью реле;
переменное напряжение AC 220-230V выпрямляется диодным мостом, сглаживается фильтрующими конденсаторами и дросселями, через NTC-терморезистор поступает на высоковольтный накопительный конденсатор (или конденсаторы), а затем — на узел формирования постоянного дежурного напряжения номиналом 5 вольт (+5VSB). Этот вольтаж, а также формируемый на его основе сигнал PS_ON подаются на материнскую плату компьютера.

За формирование вольтажа +5VSB (в пределах от 4.75 до 5.25 вольт) в блоке питания отвечает вспомогательный преобразователь, расположенный либо на основной плате блока питания, либо на отдельной небольшой плате, подключенной к главной.

Даже если компьютер не включен, в блоке питания все равно трудятся его высоковольтная часть (входные цепи, выпрямитель, фильтрующие элементы, накопительные конденсаторы) и узел формирования дежурного напряжения +5VSB.

Для включения БП в работу на материнской плате из напряжения +5VSB формируется сигнал PS_ON (для запуска и работы работе БП этот вольтаж должен быть равен 0 вольт), который подается на 16-й контакт разъема БП (провод зеленого цвета).

Основные характеристики сигнала PS_ON:

Пример схемы материнской платы, отвечающий за формирование сигнала PS_ON:

Сигнал PS_ON позволяет материнской плате контролировать состояние блока питания. При включении компьютера (нажатии кнопки ПУСК или POWER) сигнал PS_ON от motherboard замыкается на GND — принимает значение 0В (логический активный низкий сигнал, TTL lowPS_ON).

При этом микросхема-супервизор блока питания открывает оптопару, которая подает сигнал включения на APFC и основной преобразователь (ШИМ или резонансный).

Материнская плата через 16-й контакт разъема БП сигналом PS_ON DC=0V сигнализирует микросхеме-супервизору блока питания, что нужно запускать его основной преобразователь и остальные цепи (помимо дежурки, которая работает постоянно). К ним относятся:

блок автоматической коррекции мощности;
основной преобразователь (резонансный или ШИМ);
синхронный выпрямитель (или выпрямитель на диодах Шоттки), формирующий основное выходное напряжение +12VDC;
DC-DC преобразователи, формирующие вторичные напряжения +5VDC, +3.3VDC и -12VDC;
узел контроля (супервизор), который во время работы контролирует наличие и номинал напряжений, формируемых БП, формируя сигнал PG (PWR_OK), подающийся на материнскую плату;
цепь формирования дежурного и вспомогательных напряжений (они используются для запуска контроллеров основного преобразователя и APFC);
узел контроля за работой вентилятора БП.

Последовательность формирования основных напряжения и сигналов блоком питания ATX-формата:

До тех пор, пока сигнал PS_ON будет замкнут на GND, а супервизор будет считать, что БП формирует все вольтажи в пределах нормы (об этом информирует наличие сигнала PWR_OK), будут работать все его узлы.

Узел формирования дежурного напряжения в БП отвечает не только за формирование вольтажа +5 вольт SB, но и за следующие напряжения:

питание микросхемы-супервизора — формируется постоянно;
питание контроллера схемы автоматической коррекции мощности (Primary Voltage) — подается по команде супервизора;
питание контроллера основного преобразователя или ШИМ-контроллера (Primary Voltage) — подается по команде супервизора;
питание синхронного выпрямителя (Secondary Voltage) — при наличии такового подается по команде супервизора (некоторые контроллеры, например, Champion Microelectronic СМ6901, объединяют в одном корпусе контроллер резонансного преобразователя и синхронного выпрямителя).

Напряжения питания контроллеров горячей и холодной частей должны быть гальванически развязаны, берутся от отдельных обмоток трансформатора дежурного питания.

Если входные цепи исправны, на высоковольтных конденсаторах есть +320VDC (на выключенном БП), но отсутствует или отклоняется от номинала напряжение 5VSB (4.75-5.25V), то блок питания включаться не будет.

Если +5VSB имеется, а БП все равно не включается, то, возможно, неисправна линия PS-ON, либо супервизор.

Если БП запускается, но при даже маленькой нагрузке выключается, то следует еще раз проверить ESR и емкость электролитических конденсаторов БП (особенно первичные цепи и в цепи трансформатора дежурного режима), драйвера/ключевые транзисторы APFC/основного преобразователя.

Практическая схема формирования дежурного и вспомогательных напряжений в современном блоке питания ATX

Как правило, в современных БП для формирования дежурного питания используют топологию обратноходового преобразователя со своим контроллером, трансформатором, силовым ключом и цепью обратной связи.

Например, в БП BeQuiet Dark Power Pro серии 11 за формирование дежурного и вспомогательных напряжений отвечает отдельная плата AUX Power Board P11-1000W:

Плата AUX Power Board P11-1000W, вид снизу:

В блоках питания BeQuiet Dark Power Pro (11-я серия) для формирования напряжения 5VSB используется контроллер TNY279PN в корпусе DIP-8C:

Упрощенная структурная схема формирования дежурного напряжения +5VS с помощью микросхем семейства TNY274-280 (согласно Datasheet):

В корпусе 7-выводной микросхемы TNY279PN находятся силовой MOSFET, различные защиты и прочие «плюшки»:

Функциональная блок-диаграмма микросхем серии TNY274-280:

Плата дежурки БП BeQuiet Dark Power Pro серии 11 соединена с основной двумя группами контактов, первая относится к цепям дежурного напряжения +5VSB, вторая — отвечает за питание и запуск микросхемы резонансного преобразователя CM6901.

Первая группа, разъем CN202 (5 контактов), относится к первичным (высоковольтным) цепям БП:

B+ — вход DC от накопительного конденсатора, накачиваемого энергией APFC до напряжения +380V. В дежурном режиме сюда подается постоянное напряжение номиналом порядка 280-320 вольт;
SGND — сигнальная земля;
EN — сигнал Enable, на основной плате БП через резисторы R204 1.2MOhm, R213 1.2MOhm, R218 1.2MOhm соединен с B+ (+380V);
Y — питает IC6, двухканальный компаратор LM393 на основной плате БП (вывод 8 VCC, по Datasheet допускается вольтаж в диапазон от 2 до 36 вольт). На выпаянной плате дежурки здесь напряжение порядка 2.5V;
+18V.

Вторая группа, разъем CN201 (8 коннекторов, 6 контактов, относится к вторичным цепям БП):

первые два вывода — GND низковольтной части БП;
следующие два контакта — выход +5VSB;
контакт FPO (fault protection output, на подключенной к ЛБП выпаянной плате вольтаж 4.6V);
FPO1 (fault protection output 1, вольтаж 15V);
VCS (Voltage Controlled Signal?);
DR.

Оптопара на плате дежурки, элемент IC203 (EL817B):

На выводах 3-4 (эмиттер-коллектор фототранзистора) оптопары IC203 формируется напряжение обратной связи (сигнал FB), которое подается на первый вывод TNY279 (EN/UV) и задает порог срабатывания защиты.

Распиновка оптопары EL817B: