xTechx.ru
Новости Высоких Технологий
Active PFC — активная коррекция коэффициента (фактора) мощности. Сравнение с пассивной PFC.
APFC (Active Power Factor Correction, Active PFC, APFC) – активный модуль коррекции коэффициента мощности.
Состоит из катушки индуктивности, силового транзистора, диода, собственного конденсатора и иногда собственного входящего фильтра. Управляющая электроника обычно располагается на отдельной плате.
К дросселю (к земле) подключен силовой транзистор, который при включении замыкает дроссель с землёй, заставляя дроссель накапливать энергию, которая впоследствии передаётся в конденсатор через диод, размыкающий конденсатор при соединении транзистора с землёй, предотвращая конденсатор от случайной разрядки. Этим процессом управляет специальный контроллёр, который максимально приближает синусоиду получаемой мощности к результирующему коэффициенту мощности.
Из плюсов активной PFC над пассивной PFC в компьютерных блоках питания можно отметить:
Для БП с Active PFC, не стоит использовать дешёвые ИБП со ступенчатым выходным сигналом, так как это может вывести из строя БП, сам ИБП, либо к сбоям в работе компьютера. Чтобы этого не происходило, для блоков питания с Active PFC стоит подбирать ИБП с синусоидальным выходным сигналом.
Что такое PFC и зачем это нужно
Добрый день, друзья!
Наверняка многие из вас видели на компьютерном блоке питания таинственные буквы «PFC». Сразу скажем, что на самых дешевых блоках этих букв, скорее всего, не будет. Хотите, я открою вам эту страшную тайну? Внимайте!
Что такое PFC?
PFC – это аббревиатура от слов Power Factor Correction (коррекция коэффициента мощности). Перед тем, как расшифровать этот термин, вспомним какие бывают виды мощности.
Активная и реактивная мощность
Еще в школьном курсе физики нам рассказывали, что мощность бывает активная и реактивная.
Активная мощность делает полезную работу, в частности, выделяясь в виде тепла.
Классический примеры — утюг и лампа накаливания. Утюг и лампочка — почти чисто активная нагрузка, напряжение и ток на такой нагрузке совпадают по фазе.
Но существует и нагрузка с реактивностью — индуктивная (электродвигатели) и емкостная (конденсаторы). В реактивных цепях существует сдвиг фаз между током и напряжением, так называемый косинус φ (Фи).
Ток может отставать от напряжения (в индуктивной нагрузке) или опережать его (в емкостной нагрузке).
Реактивная мощность не производит полезной работы, а только болтается от генератора к нагрузке и обратно, бесполезно нагревая провода.
Это означает, что проводка должна иметь запас по сечению.
Чем больше сдвиг фаз между током и напряжением, тем большая часть мощности бесполезно рассеивается на проводах.
Реактивная мощность в блоке питания
В компьютерном блоке питания после выпрямительного моста стоят конденсаторы достаточно большой емкости. Таким образом, присутствует реактивная составляющая мощности. Если компьютер используется дома, то обычно проблем никаких не возникает. Реактивная мощность обычным бытовым счетчиком электроэнергии не фиксируется.
Но в здании, где установлена сотня или тысяча компьютеров, учитывать реактивную мощность необходимо!
Типичное значение косинуса Фи для компьютерных блоков питания без коррекции — около 0,7, т. е. проводка должна быть рассчитана с 30% запасом по мощности.
Однако излишней нагрузкой на провода дело не ограничивается!
В самом блоке питания ток через входные высоковольтные диоды протекает в виде коротких импульсов. Ширина и амплитуда этих импульсов может меняться в зависимости от нагрузки.
Большая амплитуда тока неблагоприятно влияет на высоковольтные конденсаторы и диоды, сокращая срок их службы. Если выпрямительные диоды выбраны «впритык» (что часто бывает в дешевых моделях), то надежность всего блока питания еще более снижается.
Как осуществляется коррекция коэффициента мощности?
Для борьбы со всеми этими явлениями и используют устройства, повышающие коэффициент мощности.
Они делятся на активные и пассивные.
Пассивная схема PFC представляет собой дроссель, включенный между выпрямителем и высоковольтными конденсаторами.
Дроссель — это индуктивность, обладающая реактивным (точнее, комплексным) сопротивлением.
Характер ее реактивности противоположен емкостному сопротивлению конденсаторов, поэтому происходит некоторая компенсация. Индуктивность дросселя препятствует нарастанию тока, импульсы тока слегка растягиваются, их амплитуда уменьшается.
Однако косинус φ повышается незначительно и большого выигрыша по реактивной мощности не происходит.
Для более существенной компенсации применят активные схемы PFC.
Активная схема повышает косинус φ до 0,95 и выше. Активная схема содержит в себе повышающий преобразователь на основе индуктивности (дросселя) и силовых коммутирующих элементов, которые управляются отдельным контроллером. Дроссель периодически то запасает энергию, то отдает ее.
На выходе PFC стоит фильтрующий электролитический конденсатор, но меньшей емкости. Блок питания с активной PFC менее чувствителен к кратковременным «провалам» питающего напряжения, что является преимуществом. Однако применение активной схемы удорожает конструкцию.
В заключение отметим, что наличие PFC в конкретном питающем блоке можно идентифицировать по буквам «PFC” или «Active PFC”. Однако могут быть случаи, когда надписи не соответствуют действительности.
Однозначно судить о наличии пассивной схемы можно по наличию достаточно увесистого дросселя, а активной — по наличию еще одного радиатора с силовыми элементами (всего их должно быть три).
Вот так, друзья! Хитро компьютерный блок питания устроен, не правда ли?
Преимущества блоков питания с корректором и без
Содержание
Содержание
О понятии активного корректора коэффициента мощности (APFC) и о причинах его использования производителями в компьютерных БП уже было рассказано на страницах блога. В этой публикации попробуем разобраться, какие преимущества для пользователя ПК несет в себе БП с APFC и есть ли они в принципе.
Структурная схема БП
Рассмотрим типовую структурную схему компьютерного БП с APFC.
Обратите внимание, что схематически корректор коэффициента мощности — это отдельное устройство, которое располагается между сетевым выпрямителем и сглаживающим фильтром. И это дополнительное устройство не что иное, как еще один преобразователь, который по своей топологии является повышающим преобразователем напряжения.
По сути, если убрать из структурной схемы блок, который обозначен APFC, то мы получим обычный блок питания без корректора.
Ниже на фото показан блок питания с корректором (справа) и без корректора (слева). БП имеют примерно одинаковую мощность — 450-500 Вт.
Несложно заметить, что компоненты APFC (3) занимают дополнительное место на плате БП, впрочем, давайте по порядку.
Недостатки, которые рождают преимущества
Мы уже выяснили, что блок питания с APFC имеет дополнительные электронные компоненты, в том числе силовые. Теоретически, вероятность отказа любого электронного устройства повышается с увеличением количества используемых в нем компонентов. Значит ли это, что БП с APFC менее надежен, чем БП без него? Да, значит. Но, показатели надежности современной элементной базы находятся на очень высоком уровне, что позволяет производителям без опаски гарантировать работоспособность своих изделий на протяжении нескольких лет, даже устанавливая туда кучу компонентов. Но не абы каких, а качественных в широком смысле этого слова.
Каждое устройство, имеющее в своем составе преобразователи электроэнергии, имеет определенный коэффициент полезного действия (КПД). Это значит, что в процессе преобразования часть энергии теряется в виде тепла. Так вот, дополнительный преобразователь напряжения (коим является APFC) снижает общий КПД блока питания. И снова на выручку приходит современная элементная база и продвинутые схемотехнические и конструктивные решения. Их грамотное применение позволяет обеспечить КПД устройства на уровне, удовлетворяющем требованиям сертификатов энергоэффективности, даже добавив туда еще один источник тепла.
Вот и получается, что производитель, следуя за стандартом энергоэффективности, вынужден использовать продвинутые технологии, иначе его БП просто не будет соответствовать требуемым характеристикам и никакого сертификата не получит.
Но это не значит, что производители, которые не торопятся получать сертификат, делают некачественные БП. Такие БП могут быть вполне достойными изделиями.
Наверное, это дорого
Вполне логично предположить, что использование современной «продвинутой» элементной базы и дополнительных компонентов для корректора повысит конечную стоимость БП для потребителя.
Только вот среди пользователей все прочнее укореняется мнение, что если БП имеет сертификат, то это обязательно качественный БП. В большинстве случаев так оно и есть. И, судя по тенденции на рынке, блоков питания, не имеющих сертификат энергоэффективности, становится все меньше. Достаточно посмотреть на ассортимент БП в DNS. Устройств с сертификатом предлагается около 230 штук, а без сертификата 128. Да уж, действительно, спрос рождает предложение, а интересное предложение рождает спрос.
Проблема, о которой нельзя молчать
Некоторые БП с APFC отказываются работать в паре с источниками бесперебойного питания (ИБП), когда те переходят в режим питания от батареи. Однако, это касается только тех ИБП, которые в режиме работы от батареи имеют на выходе не синусоиду, а ее ступенчатую аппроксимацию. Впрочем, как-то не справедливо обвинять в этом БП с APFC. Скорее это проблема определенных ИБП. Но так как ИБП появились раньше, чем корректоры в БП, то пользователи склонны считать, что это проблема именно блока питания. Почему возникает такая проблема и как ее решать — это совсем другая история.
Что в итоге
Да, БП с APFC стоят чуть дороже обычных. Но за эту стоимость пользователь получает современное устройство, собранное на передовой элементной базе, которая, в свою очередь, позволяет использовать продвинутые конструктивные и схемотехнические решения. БП с корректором в большинстве случаев имеют минимум бронзовый сертификат энергоэффективности. И уже никто не помнит, что является следствием чего.
Все это позволяет производителям предоставлять достаточно большой срок гарантии на БП. Собственно, это одно из тех качеств, которым производитель привлекает покупателя, оправдывая более высокую стоимость устройства. И тут реально работает принцип «дороже значит качественнее».
Заканчивая, хочется упомянуть довольно значимое преимущество БП с корректором. Это возможность работы в большом диапазоне входных напряжений сети — ориентировочно 100-240 вольт. Это следствие того, что корректор — это по сути повышающий преобразователь со стабилизированным напряжением на выходе и возможность работать в широком диапазоне входного напряжения заложена в него природой. Поэтому, если у вас напряжение в сети заниженное и любит «погулять», то выбор БП с APFC будет очевидным. Это как правило, но не следует забывать, что из всех правил есть исключения, поэтому при выборе конкретной модели все же стоит уточнить данную характеристику.
Устройство импульсных блоков питания, APFC
Некоторое время назад мне задавали вопрос по поводу корректора коэффициента мощности импульсных блоков питания, попробую кратко рассказать что это такое и зачем надо.
Так уж сложилось, что в обычной жизненной ситуации вы скорее всего встретите корректор коэффициента мощности (ККМ) в блоке питания компьютера.
Нет, конечно они встречаются и в других блоках питания, даже чаще, чем в компьютерных. Но обычно это промышленные блоки питания и в быту попадаются крайне редко.
Думаю что большинство читателей моего блога и зрителей моего канала, как минимум немного ориентируются в радиоэлектронике, потому скорее всего видели компьютерный блок питания «изнутри».
Блок питания с активным корректором выглядит на первый взгляд почти также как и обычный.
Но если посмотреть внимательнее, то на «горячей» стороне можно заметить большой дроссель. Его магнитопровод может иметь разную форму, но чаще всего попадаются с кольцевыми, как и вариант на фото.
Кроме того подобные блоки питания отличаются еще и тем, что обычно в них установлен один фильтрующий конденсатор на 450-500 Вольт, а не два по 200-250. Обусловлено это тем, что часто такие блоки питания имеют широкий диапазон входного напряжения от 100-115 Вольт и переключение входного напряжения им не нужно.
Не стоит путать дроссель АККМ (активный корректор коэффициента мощности) с выходным дросселем групповой стабилизации, хотя внешне они весьма похожи. Отличие в том, что обычно дроссель корректора имеет только одну обмотку, а ДГС (дроссель групповой стабилизации), несколько.
Вообще корректор может быть не только активным, а и пассивным. В этом случае вы увидите на верхней крышке блока питания «железный» дроссель с парой проводов, внешне похожий на 50Гц трансформатор мощностью 10-20 Ватт.
Такой вариант также жизнеспособен, но заменить полноценный активный корректор он не может.
Дальше переменный ток выпрямляется и фильтруется конденсаторами. Чаще всего применяется такая схема, представляющая из себя диодный мост и пару (иногда один) конденсаторов.
Конечно там есть еще входной фильтр, предохранитель, но в данном случае они нас не касаются.
При нормальной напряжение на конденсаторах будет примерно 280-320 Вольт в зависимости от их емкости и мощности нагрузки, я об этом уже рассказывал в своем видео посвященному устройству блоков питания.
Но так как напряжение в сети по сути 100 раз в секунду меняется от нуля до 320 Вольт и опять до нуля, а в цепи есть диодный мост, то ток заряда конденсаторов фильтра течет не всегда, а только когда амплитудное напряжение превысит напряжение на конденсаторах.
При этом ток в цепи 220-230 Вольт будет выглядеть как показано вверху этой картинки. Получается, что блок питания потребляет энергию не постоянно, а только на пиках синусоиды. Если предположить, что БП потребляет в итоге энергию всего 20% времени, то ток в момент когда идет заряд конденсаторов, будет в 5 раз больше среднего тока потребления. Например ток 1 Ампер, мощность 220 Ватт, значит пики тока будут доходить до 5 Ампер.
Проблема эта вылезла «в полный рост» тогда, когда количество импульсных блоков питания превысило некую «критическую массу». В итоге было придумано довольно простое и эффективное решение. Кстати, в развитых странах все мощные блоки питания должны иметь корректор коэффициента мощности, но так как это недешево, то производители недорогих блоков питания на этом экономят в первую очередь.
Как я сказал, решение проблемы простое и по сути лежит на поверхности. А базой для этого решения является обычный степ-ап преобразователь напряжения. На схеме виден дроссель, транзистор, диод, ШИМ контроллер и конденсатор.
При открывании транзистора в дросселе накапливается энергия, которая при закрытии транзистора суммируется с входным напряжением и поступает в нагрузку, подзаряжая выходной конденсатор. Такая схема часто используется в повербанках для получения 5 Вольт из 3.7.
Но если скрестить обычный блок питания и эту схему, то мы получим активный корректор коэффициента мощности.
При этом важно то, что фильтрующий конденсатор после диодного моста не ставится, его роль выполняет конденсатор небольшой емкости, обычно 0.47-1.0мкФ, он нужен только для компенсации импульсного характера потребления корректора.
В итоге преобразователь пытается «высосать» из сети все что можно в диапазоне уже не 220-230 Вольт, а 40-80. Кстати, мощные блоки питания далеко не всегда могут работать в широком диапазоне, хотя и могут при этом содержать в своем составе АККМ. Просто в таких режимах корректору приходится тяжело и работу в широком диапазоне они не обеспечивают, хотя и продолжают корректно работать.
Здесь я попробовал наглядно показать разницу в работе обычного БП и БП с корректором.
Красным выделен вариант работы обычного блока питания, заштрихованная часть отображает зону, где есть потребление тока. Видно что зона довольно узкая, соответственно ток будет большим. Причем чем больше емкость конденсаторов фильтра, тем уже будет эта зона и тем ниже будет коэффициент мощности.
Синим и зеленым я показал пару вариантов работы активного корректора, один начинает работу примерно от 100 Вольт амплитудной составляющей, второй примерно от 50 Вольт. Видно что зона стала шире, соответственно ток пропорционально падает и растет коэффициент мощности.
В общем-то данная зона может начинаться почти от нуля, тогда коэффициент будет равен единице, но обычно он составляет 0.98-1, этого более чем достаточно.
Чем же чреват этот пресловутый коэффициент мощности.
Из-за пиков тока происходит кратковременная перегрузка сети, в следствие чего могут начаться проблемы в старых и изношенных сетях. Возможно отгорание нулевого провода в трехфазных сетях с совсем печальными последствиями.
А вот схема входной части компьютерного блока питания имеющего в своем составе активный корректор мощности, он выделен синим цветом.
Не удивляйтесь что на схеме нет ШИМ контроллера, который им управляет, часто он расположен на отдельной плате, а иногда интегрирован в общий ШИМ контроллер. Т.е. помимо одного-двух штатных каналов имеется еще и выход для управления транзистором корректора. Такой вариант удобен для производителя, но далеко не всегда удобен для ремонтника. В самом начале я показал фото блока питания, там как раз вышел из строя узел корректора, а так как микросхема управляет всем, то выгорела и она. Найти замену я не смог, потому Бп лежит мертвым грузом и возможно будет разобран на запчасти, тем более что они весьма неплохого качества.
Что же дает нам корректор, сначала преимущества:
1. Характер потребления почти такой же как у активной нагрузки, соответственно нет пиковых перегрузок.
2. Часто такие БП имеют расширенный диапазон входного напряжения и лучше работают в плохих электросетях.
3. Емкость фильтрующего конденсатора нужна меньше, так как паузы без тока меньше.
4. Инвертору блока питания легче работать, ведь по сути он питается стабилизированным напряжением.
Теперь недостатки.
1. Выше цена.
2. Меньше надежность
3. Могут быть сложности при работе с некоторыми моделями UPS.
Иногда идут споры, по поводу КПД таких блоков питания. Я придерживаюсь мнения, что КПД одинаков, так как хоть корректор и имеет собственное потребление, но основному инвертору работать легче, потому то на ото и выходит.
Ну и конечно же видео, в качестве дополнения. А я как всегда жду ваших вопросов как в комментариях здесь, так и под видео.
Ремонт БП FSP Epsilon 1010, принцип работы APFC
Идея написать родилась после очередной непредвиденной поломки блока питания, чтобы поделиться опытом да и самому было где почитать в следующий раз, если попадётся на ремонт подобный блок питания (далее — БП) или понадобится вспомнить схему.
Сразу скажу, статья рассчитана на простого пользователя ПК, хотя можно было и углубиться в академические подробности.
Несмотря на то, что схемы не мои, я даю описание исключительно «от себя», которое не претендует не единственно правильное, а имеет целью объяснить «на пальцах» работу столь необходимого устройства, как БП компьютера.
Необходимость вникнуть в работу APFC у меня появилась в 2005 году, когда я имел проблему с произвольной перезагрузкой компьютера. Комп я купил на «мыльной» фирмочке не вникая особо в тонкости. В сервисе не помогли: на фирме работает, а у меня перезагружается. Я понял, что пришла очередь напрячься самому… Оказалось проблема в домашней сети, которая вечером просаживалась скачками до 160В! Начал искать схему, увеличивать ёмкость входных конденсаторов, слегка попустило, но проблему не решило. В процессе поиска информации увидел в прайсах непонятные буквы APFC и PPFC в названиях блоков. Позже выяснил, что у меня оказался PPFC и я решил купить себе блок с APFC, потом взял ещё и бесперебойник. Начались другие проблемы — выбивает бесперебойник при включении системника и пропадании сети, в сервисе разводят руками. Сдал его обратно, купил в 3 раза мощнее, работает по сей день без проблем.
Поделюсь с вами своим опытом и надеюсь, вам будет интересно узнать немного больше про компонент системника — БП, которому несправедливо отводят чуть ли не последнюю роль в работе компьютера.
Блоки питания FSP Epsilon 1010 представляют собой качественные и надёжные устройства, но учитывая проблемы наших сетей и другие случайности, они иногда тоже выходят из строя. Выкидывать такой блок жалко, а ремонт может приблизиться к стоимости нового. Но бывают и мелочи, устранив которые, можно вернуть его к жизни.
Как выглядит FSP Epsilon 1010:
Самое главное — понять принцип работы и разложить блок по косточкам.
Приведу пример фрагментов схем типового блока FSP Epsilon, которые мной нарыты в нете. Схемы составлены вручную очень усидчивым и грамотным человеком, который любезно вложил их для общего доступа:
1. Основная схема:
Рисунок 1:
Ссылка на полный размер: s54.radikal.ru/i144/1208/d8/cbca90320cd9.gif 
2. Схема контроллера APFC:
Рисунок 2:
Ссылка на полный размер: i082.radikal.ru/1208/88/0f01a4c58bfc.gif 
Модификации блоков питания данной серии отличаются количеством элементов (впаиваются дополнительно в ту же плату), но принцип работы одинаков.
Итак, что же такое APFC?
PFC — это коррекция коэффициента мощности (англ. power factor correction) PFC) — процесс приведения потребления конечного устройства, обладающего низким коэффициентом мощности при питании от силовой сети переменного тока, к состоянию, при котором коэффициент мощности соответствует принятым стандартам. Если показать это на трёх пальцах, то это выглядит так:
— запустили блок питания, конденсаторы начали заряжаться — пошёл пик потребления тока совпадающий с пиком синусоиды переменного тока 220В 50Гц (лень рисовать). Почему совпадающий? А как они будут заряжаться при «0» вольт ближе к оси времени? Никак! Пики будут в каждой полуволне синусоиды, так как перед конденсатором стоит диодный мост.
— нагрузка блока потянула ток и разрядила конденсаторы;
— конденсаторы начали заряжаться и опять появились пики потребления тока на пиках синусоиды.
И того, мы видим «ёжика», которым обросла синусоида, и который вместо постоянного потребления «дёргает» ток короткими скачками в узкие моменты времени. А чего тут страшного, нехай себе дергает, скажете вы. А вот тут и порылась собака Баскервилей: эти пики перегружают электрическую проводку и даже могут привести к пожару при номинально рассчитанном сечении проводов. А если учитывать, что блок в сети не один? Да и работающим в одной сети электронным устройствам вряд ли понравится подобная «попиленная» сеть с помехами. Мало того, при заявленной паспортной мощности БП, вы будете платить за свет больше, так как нагрузкой уже выступают ваши сетевые провода в квартире (офисе). Возникает задача сбить пики потребления тока по времени в строну провалов синусоиды, тоесть приблизиться к подобию линейности и разгрузить проводку.
PPFC — пассивная коррекция коэффициента мощности. Это значит, что перед одним сетевым проводом БП стоит массивный дроссель, задача которого сбить по времени пики потребления тока во время заряда конденсаторов, учитывая нелинейные свойства дросселя (тоесть то, что ток через него отстаёт от приложенного к нему напряжения — вспоминайте школу). Выглядит это так: на максимуме синусоиды должен заряжаться конденсатор и он этого ждёт, но вот незадача — перед ним поставили дроссель. А вот дроссель не совсем обеспокоен тем, что нужно конденсатору — к нему приложили напряжение и возникает ток самоиндукции, который направлен в обратную сторону. Таким образом дроссель препятствует заряду конденсатора на пике входной синусоиды — в сети пик, а конденсатор разряжен. Странно, правда? А не этого ли мы хотели? Теперь синусоида спадает, но дроссель и тут ведёт себя как и большинство людей: (имеем — не ценим, теряем — жалеем) опять возникает ток самоиндукции только уже совпадающий с убывающим током, что и заряжает конденсатор. Что мы имеем: на пике — ничего, на провалах — заряд! Задача выполнена!
Именно так и работает схема PPFC за счет затягивания пиков потребления тока на провалы синусоиды (восходящий и нисходящий участки) с помощью всего лишь одного дросселя. Коэффициент мощности близок к 0,6. Неплохо, но не идеально.
APFC — активная коррекция коэффициента мощности. Это значит с использованием электронных компонентов, для которых требуется питание. В этом блоке питания фактически два блока питания: первый — стабилизатор 410В, второй — обычный классический импульсный блок питания. Это мы рассмотрим ниже.
APFC и принцип работы.
Рисунок 3: 
Мы только подошли к принципу работы активной коррекции коэффициента мощности, поэтому определим некоторые моменты для себя сразу. Помимо основного назначения (приближение к линейности потребления тока по времени), APFC решает триединую задачу и имеет особенности:
— блок питания с APFC состоит из двух блоков: первый — стабилизатор 410В (собственно APFC), второй — обычный классический импульсный блок питания.
— схема APFC обеспечивает коэффициент мощности около 0,9. Это то, к чему мы стремимся — к «1».
— схема APFC работает на частоте около 200KHz. Согласитесь, дёрнуть ток 200000 раз в секунду по отношению к 50 Гц — это практически в каждый момент времени, тоесть линейно.
— схема APFC обеспечивает стабильное постоянное напряжение на выходе около 410B и работает от 110 до 250В (на практике от 40В). Это значит, что промышленная сеть практически не влияет на работу внутренних стабилизаторов.
Принцип работы APFC основан на накоплении энергии в дросселе и последующей отдаче её в нагрузку.
При подаче питания через дроссель, его ток отстаёт от напряжения. При снятии напряжения возникает явление самоиндукции. Вот его и кушает блок питания, а так как напряжение самоиндукции может приближаться у двойному приложенному — вот вам и работа от 110В! Задача схемы APFC — с заданной точностью дозировать ток через дроссель, чтобы на выходе всегда было напряжение 410В независимо от нагрузки и входного напряжения.
На рисунке 3 мы видим DC — источник постоянного напряжения после моста (не стабилизированный), накопительный дроссель L1, транзисторный ключ SW1, которым управляет компаратор и ШИМ. Схема сделана довольно смело на первый взгляд, так как ключ фактически делает короткое замыкание в розетке в момент открытия, но мы его простим, учитывая что замыкание происходит на микросекунды с частотой 200000 раз в секунду. А вот при неисправностях схемы управления ключом вы обязательно услышите и даже понюхаете, а может и увидите как сгорят силовые ключи в подобной схеме.
1. Транзистор SW1 открыт, ток в нагрузку течёт как и раньше через дроссель от «+ DC» — «L1» — «SW2» — «RL» к «-DC». Но дроссель сопротивляется движению тока (самоиндукция начало), при этом идёт накопление энергии в дросселе L1 — на нём растёт напряжение практически до напряжения DC, так как это короткое замыкание (правда на долю времени (пока всё исправно). Диод SW2 предотвращает разряд конденсатора C1 в момент открытия транзистора.
2. Транзистор SW1 закрылся… напряжение на нагрузке будет равно сумме напряжений источника DC1 и дросселя L1, который только что некисло приложился к источнику и выбросил ток самоиндукции с обратной полярностью. Магнитное поле дросселя пропадая пересечёт его, индуцируя на нём ЭДС самоиндукции противоположной полярности. Теперь ток самоиндукции имеет одно направление с пропадающим током источника (самоиндукция конец). Самоиндукция — явление возникновения ЭДС индукции в эл.цепи в результате изменения силы тока.
Так вот, в момент самоиндукции после закрытия транзистора и получается наша добавочка до 410В из-за добавления энергии от дросселя. Почему добавочка? Вспоминайте школу, сколько будет на выходе моста с конденсатором, если на входе 220в? Правильно, 220В умножить на корень из двух (1,41421356) = 311В. Вот это было бы без работы схемы APFC. Оно так и есть в точке, где мы ждём 410В, пока работает только дежурка +5В и не запущен сам блок. Сейчас нет смысла гонять APFC, дежурке и так хватит её 2 Ампера.
Всё это строго контролируется схемой управления с помощью обратной связи от точки 410В. Регулируется уровень самоиндукции временем открытия транзисторов, тоесть временем накопления энергии L1 — это широтно-импульсная стабилизация. Задача APFC — стабильно держать 410В на выходе при изменении внешних факторов сети и нагрузки.
Вот и получается, что в блоке питания с APFC — два блока питания: стабилизатор 410В и сам классический блок питания.
Сбивание зависимости пиков потребления тока от пиков синусоиды обеспечивается перенесением этих пиков на частоту работы схемы APFC — 200000 раз в секунду, что приближается к линейному потреблению тока в каждый момент времени синусоиды 50Гц 220В. Что и требовалось доказать.
Достоинства APFC:
— коэффициент мощности около 0,9;
— работа от любой капризной сети 110 — 250В, в том числе нестабильной сельской;
— помехоустойчивость:
— высокий коэффициент стабилизации выходных напряжений за счёт стабильного входного 410В;
— низкий коэффициент пульсаций выходных напряжений;
— малые размеры фильтров, так как частота около 200КГц.
— высокий общий КПД блока.
— малые помехи отдаваемые в промышленную сеть;
— высокий экономический эффект в оплате за свет;
— разгружается электрическая проводка;
— на предприятиях и в организациях телекоммуникаций, имеющих станционные батареи 60В, для питания критических серверов можно обойтись вообще без UPS — просто включите блок в цепь гарантированного питания 60В ничего не меняя и не соблюдая полярность (которой нет). Это позволит уйти от тех несчастных 15 минут работы от UPS до 10 часов от станционных батарей, чтобы не легла вся система управления в случае незапуска дизеля. А на это многие не обращают внимание или об этом не думали, пока дизель не обидится как-нибудь разок… Всё оборудование будет продолжать работать, а управлять будет нечем, так как компы поотрубаются через 15 минут. Изготовителем представлен диапазон работы 90 — 265В по причине отсутствия такого стандарта питания как переменные 60В, но практический предел работы был получен на величине 40В, ниже проверять небыло смысла.
Перечитайте пункт внимательно ещё раз и оцените возможности своих бесперебойников для критических серверов!
Недостатки APFC:
— цена;
— сложность в диагностике и ремонте;
— дорогие детали (транзисторы — около 5$ за шт., а их там до 5шт. иногда), зачастую стоимость ремонта себя не оправдывает;
— проблемы совместной работы с бесперебойниками (UPS) за счёт большого пускового тока. Выбирать UPS нужно с двукратным запасом мощности.
А теперь рассмотрим схему блока питания FSP Epsilon 1010 на рис. 1, 2.
У FSP Epsilon 1010 силовая часть APFC представлена тремя транзисторами HGTG20N60C3 с током 45А и напряжением 600В, стоящими в параллель: www.fairchildsemi.com/ds/HG/HGT1S20N60C3S.pdf
На нашей типовой схеме их 2 Q10, Q11, но это не меняет сути. Наш блок просто мощнее. Сигнал FPC OUT выходит с 12 ноги микросхемы CM6800G на 12 контакт модуля управления на рис №2. Далее через резистор R8 за затворы ключей. Так происходит управление APFC. Схема управления APFC питается от +15В дежурки через оптопару M5, резистор R82 — 8pin CB (A). Но запускается она только после запуска блока на нагрузку по сигналу PW-ON (зелёный провод 24 контактного разъёма на землю).
Симптомы:
— перегорает предохранитель с хлопком;
— блок «не дышит» вообще даже после замены предохранителя, что ещё хуже. Значит повреждения грозят обернуться более дорогим ремонтом.
Диагноз: отказ схемы APFC.
Лечение:
В диагностике отказа схемы APFC ошибиться сложно.
Принято считать, что блок с APFC можно запустить и без APFC, если он вышел из строя. И мы так посчитаем, и даже проверим это, особенно когда речь идёт об опасных экспериментах с дорогими транзисторами HGT1S20N60C3S. Выпаиваем транзисторы.
Блок удачно работает, если проблема была только в схеме APFC, но нужно понимать, что блок питания потеряет мощность до 30% и в эксплуатацию его пускать нельзя — только проверка. Ну а далее уже меняем транзисторы на новые, но включаем блок последовательно через лампу накала 220В 100Вт. Блок нагружаем например на старый HDD. Если лампа горит в пол накала и HDD запустился (трогаем пальцами), на блоке крутится вентилятор — есть вероятность, что на этом ремонт закончен. Запускаем без лампы с уменьшенной в 3 раза величиной предохранителя. И сейчас не сгорел? Ну тогда впаиваем родной F1 и вперёд на часовой тест под эквивалентом нагрузки ватт на 300-500! Горящая полным накалом лампа вам говорит об полном открытии ключевых транзисторов или их заупокойном состоянии, ищем проблему перед ними.
Если на каком-то этапе не повезло, возвращаемся к новой покупке транзисторов, не забыв при этом купить и контроллер CM6800G. Меняем детали, повторяем всё заново. Не забываем визуально осмотреть всю плату!
Симптомы:
— блок запускается через раз или когда постоит 5 минут включенным в сеть;
— у вас ниоткуда появился неисправный HDD;
— вентиляторы крутятся, но система не загружается, BIOS не пикает при запуске;
— вздулись конденсоры на материнской плате, видеокарте;
— система произвольно перезагружается, зависает.
Диагноз: высохли электролитические конденсаторы.
Лечение:
— разобрать блок и визуально найти вздутые конденсаторы;
— лучшее решение поменять все на новые, а не только вздутые;
Незапуск происходит из за высохших конденсаторов дежурки C43, C44, C45, C49;
Отказы компонентов происходят из-за повышения пульсаций в цепи +5В, +12В вследствие высыхания конденсатов фильтров.
Симптомы:
— блок свистит или пищит;
— тон свиста меняется под нагрузкой;
— блок свистит только пока холодный или пока горячий.
Диагноз: Трещины печатной платы или непропай элементов.
Лечение:
— разбираем блок;
— визуально осматриваем печатную плату в местах пайки ключевых транзисторов и дросселей фильтров на предмет овальных трещин на месте пайки;
— если ничего не нашли, то всё равно пропаиваем ножки силовых элементов.
— проверяем и наслаждаемся тишиной.
Остальных неисправностей великое множество, вплоть до внутренних обрывов или межвитковых пробоев, трещин в плате и деталях, и прочее. Особенно досаждают температурные неисправности, когда работает пока не нагреется или не остынет.
Блоки питания других производителей имеют похожий принцип работы, который позволит найти и устранить неисправность.
В конце пара советов по БП:
1. Никогда не выключайте из розетки работающий блок питания с APFC! Сначала припаркуйте систему, а потом вынимайте из розетки или выключайте не удлинителе — иначе доиграетесь…
При пропадании напряжения в момент работы блока тянется дуга и происходит искрение, что приводит к куче гармоник отличных от 50Гц — это раз, напряжение убывает и ключи APFC пытаются удержать стабильное напряжение на выходе, открываясь при этом полностью и на большее время, вызывая ещё больший ток и дугу — это два. Это приводит к пробою открытых транзисторов огромными токами и неконтролируемыми напряжениями гармоник — это три. Это легко проверить, если есть желание. Лично я уже проверил… теперь написал эту статью и потратил 25$ на ремонт. Вы можете тоже написать свою. Кстати у FSP Epsilon 1010 кнопка на корпусе отключает не провод питания, а систему управления, при этом все силовые элементы остаются под напряжением — будьте осторожны! Поэтому, если уж нужно срочно выключить комп, то делайте это кнопкой питания на блоке — тут всё продумано.
2. Если вы заранее знаете, что будете работать с бесперебойником, то покупайте блок питания с PPFC. Это избавит вас от ненужных проблем.
В рассказе я старался не приводить лишних графиков, схем, формул и технических терминов, чтобы на пятой строке не отпугнуть рядового мучителя своего ПК, более глубокое понимание основ питания которого, продлит ему время безотказной работы.
Сейчас самое время разобрать системник и определить модель вашего блока питания, заодно и пыль с него вытряхнуть. Одну неисправность вы уже предотвратили. Чистым он с благодарностью будет служить дольше. Смажьте вентилятор, это тоже приветствуется.
Кто дочитал статью до конца — всем спасибо!
Теперь ваш БП в безопасности.
