Ошибка активного фильтра ошибка цепи pfc

Ни для кого не секрет, что одним из главных блоков компьютера является блок питания. При покупке мы обращаем свое внимание на различные характеристики: на максимальную мощность блока, характеристики системы охлаждения и на уровань шума. Но не все задаются вопросом что такое PFC?

Итак, давайте разберемся что дает PFC

Применительно к импульсным блокам питания (в системных блоках компьютеров в настоящее время используются БП только такого типа) этот термин означает наличие в блоке питания соответствующего набора схемотехнических элементов.

Power Factor Correction — переводится как «Коррекция фактора мощности», встречается также название «компенсация реактивной мощности».

Собственно фактором или коэффициентом мощности называется отношение активной мощности (мощности, потребляемой блоком питания безвозвратно) к полной, т.е. к векторной сумме активной и реактивной мощностей. По сути коэффициент мощности (не путать с КПД!) есть отношение полезной и полученной мощностей, и чем он ближе к единице – тем лучше.

PFC бывает двух разновидностей – пассивный и активный.
При работе импульсный блок питания без каких-либо дополнительных PFC потребляет мощность от сети питания короткими импульсами, приблизительно совпадающими с пиками синусоиды сетевого напряжения.

Наиболее простым и потому наиболее распространенным является так называемый пассивный PFC, представляющий собой обычный дроссель сравнительно большой индуктивности, включенный в сеть последовательно с блоком питания.

Пассивный PFC несколько сглаживает импульсы тока, растягивая их во времени – однако для серьезного влияния на коэффициент мощности необходим дроссель большой индуктивности, габариты которого не позволяют установить его внутри компьютерного блока питания. Типичный коэффициент мощности БП с пассивным PFC cоставляет всего лишь около 0,75.

Активный PFC представляет собой еще один импульсный источник питания, причем повышающий напряжение.
Как видно, форма тока, потребляемого блоком питания с активным PFC, очень мало отличается от потребления обычной резистивной нагрузки – результирующий коэффициент мощности такого блока может достигать 0,95. 0,98 при работе с полной нагрузкой.

Правда, по мере снижения нагрузки коэффициент мощности уменьшается, в минимуме опускаясь примерно до 0,7. 0,75 – то есть до уровня блоков с пассивным PFC. Впрочем, надо заметить, что пиковые значения тока потребления у блоков с активным PFC все равно даже на малой мощности оказываются заметно меньше, чем у всех прочих блоков.

Помимо того, что активный PFC обеспечивает близкий к идеальному коэффициент мощности, так еще, в отличие от пассивного, он улучшает работу блока питания — он дополнительно стабилизирует входное напряжение основного стабилизатора блока – блок становится заметно менее чувствительным к пониженному сетевому напряжению, также при использовании активного PFC достаточно легко разрабатываются блоки с универсальным питанием 110. 230В, не требующие ручного переключения напряжения сети.

Такие БП имеют специфическую особенность – их эксплуатация совместно с дешёвыми ИБП, выдающими ступенчатый сигнал при работе от батарей может приводить к сбоям в работе компьютера, поэтому производители рекомендуют использовать в таких случаях ИБП класса Smart, всегда подающие на выход синусоидальный сигнал.

Также использование активного PFC улучшает реакцию блока питания во время кратковременных (доли секунды) провалов сетевого напряжения – в такие моменты блок работает за счет энергии конденсаторов высоковольтного выпрямителя, эффективность использования которых увеличивается более чем в два раза. Ещё одним преимуществом использования активного PFC является более низкий уровень высокочастотных помех на выходных линиях, т.е. такие БП рекомендуются для использования в ПК с периферией, предназначенной для работы с аналоговым аудио/видео материалом.

А теперь немного теории

Обычная, классическая, схема выпрямления переменного напряжения сети 220V состоит из диодного моста и сглаживающего конденсатора. Проблема в том, что ток заряда конденсатора носит импульсный характер (длительность порядка 3mS) и, как следствие этого, очень большим током.

Например, для БП с нагрузкой в 200W средний ток из сети 220V будет 1A, а импульсный — в 4 раза больше. Если таких БП много и (или) они мощнее? . тогда токи будут просто сумасшедшими — не выдержит проводка, розетки, да и платить придется больше за электричество, ведь качество тока потребления весьма сильно учитывается.

Например, на больших заводах имеются специальные конденсаторные установки для компенсации «косинуса». В современной компьютерной технике столкнулись с теми же проблемами, но ставить многоэтажные конструкции никто не будет, и пошли другим путем — в блоках питания ставят специальный элемент по уменьшению «импульсности» потребляемого тока — PFC.

Разные типы разделены цветами:

• красный — обычный БП без PFC,
• желтый — увы, «обычный БП с пассивным PFC»,
• зеленый — БП с пассивным PFC достаточной индуктивности.

На модели показаны процессы при включении БП и кратковременном провале через 250mS. Большой выброс напряжения при наличии пассивного PFC получается потому, что в дросселе накапливается слишком большая энергия при заряде сглаживающего конденсатора. Для борьбы с этим эффектом производят постепенное включение БП — вначале последовательно с дросселем подключается резистор для ограничения стартового тока, потом он закорачивается.

Для БП без PFC или с декоративным пассивным PFC эту роль выполняет специальный терморезистор с положительным сопротивлением, т.е. его сопротивление сильно возрастает при нагревании. При большом токе такой элемент очень быстро нагревается и величина тока уменьшается, в дальнейшем он охлаждается из-за уменьшения тока и никакого влияния на схему не оказывает. Т.о., терморезистор выполняет свои ограничивающие функции только при очень больших, стартовых токах.

Для пассивных PFC импульс тока при включении не так велик и терморезистор зачастую не выполняет свою ограничивающую функцию. В нормальных, больших пассивных PFC кроме терморезистора ставится еще специальная схема, а в «традиционных», декоративных этого нет.

И по самим графикам. Декоративный пассивный PFC дает всплеск напряжения, что может привести к пробою силовой схемы БП, усредненное напряжение несколько меньше случая без_PFC и при кратковременном пропадании питания напряжение падает на бОльшую величину, чем без_PFC. На лицо явное ухудшение динамических свойств. Нормальный пассивный PFC также имеет свои особенности. Если не учитывать начального всплеска, который в обязательном порядке должен быть компенсирован последовательностью включения, то можно сказать следующее:

— Выходное напряжение стало меньше. Это правильно, ведь оно равно не пиковому входному, как для первых двух типов БП, а «действующему». Отличие пикового от действующего равно корню из двух.
Пульсации выходного напряжения значительно меньше, ведь часть сглаживающих функций переходит на дроссель.
— Провал напряжения при кратковременном пропадании напряжения также меньше по той же причине.
— После провала следует всплеск. Это очень существенный недостаток и это основная причина, почему пассивные PFC не распространены. Этот всплеск происходит потому же, почему он происходит при включении, но для случая начального включения специальная схема может что-то откорректировать, то в работе это сделать много труднее.
— При кратковременном пропадании входного напряжения выходное меняется не так резко, как в других вариантах БП. Это очень ценно, т.к. медленное изменение напряжения схема управления БП отрабатывает весьма успешно и никаких помех на выходе БП не будет.

Для других вариантов БП при подобных провалах на выходах БП обязательно пойдет помеха, что может сказаться на надежности функционирования. Как часты кратковременные пропадания напряжения? По статистике, 90% всех нестандартных ситуаций с сетью 220V приходится как раз на такой случай. Основной источник возникновения, это переключения в энергосистеме и подключение мощных потребителей.

На рисунке показана эффективность PFC по уменьшению импульсов тока:

Для БП без PFC сила тока достигает 7.5A, пассивный PFC уменьшает ее в 1.5 раза, а нормальный PFC уменьшает ток значительно больше.

PFC(Power Factor Correction) переводится как «Коррекция фактора мощности», встречается также название «компенсация реактивной мощности». Применительно к импульсным блокам питания (в системных блоках компьютеров в настоящее время используются БП только такого типа) этот термин означает наличие в блоке питания соответствующего набора схемотехнических элементов, который также принято называть «PFC». Эти устройства предназначены для снижения потребляемой блоком питания реактивной мощности.

Собственно фактором или коэффициентом мощности называется отношение активной мощности (мощности, потребляемой блоком питания безвозвратно) к полной, т.е. к векторной сумме активной и реактивной мощностей. По сути коэффициент мощности (не путать с КПД!) есть отношение полезной и полученной мощностей, и чем он ближе к единице – тем лучше.
PFC бывает двух разновидностей – пассивный и активный.
При работе импульсный блок питания без каких-либо дополнительных PFC потребляет мощность от сети питания короткими импульсами, приблизительно совпадающими с пиками синусоиды сетевого напряжения.

Наиболее простым и потому наиболее распространенным является так называемый пассивный PFC, представляющий собой обычный дроссель сравнительно большой индуктивности, включенный в сеть последовательно с блоком питания.

Пассивный PFC несколько сглаживает импульсы тока, растягивая их во времени – однако для серьезного влияния на коэффициент мощности необходим дроссель большой индуктивности, габариты которого не позволяют установить его внутри компьютерного блока питания. Типичный коэффициент мощности БП с пассивным PFC cоставляет всего лишь около 0,75.

Активный PFC представляет собой еще один импульсный источник питания, причем повышающий напряжение.
Форма тока, потребляемого блоком питания с активным PFC, очень мало отличается от потребления обычной резистивной нагрузки – результирующий коэффициент мощности такого БП без PFCблока может достигать 0,95. 0,98 при работе с полной нагрузкой. Правда, по мере снижения нагрузки коэффициент мощности уменьшается, в минимуме опускаясь примерно до 0,7. 0,75 – то есть до уровня блоков с пассивным PFC. Впрочем, надо заметить, что пиковые значения тока потребления у блоков с активным PFC все равно даже на малой мощности оказываются заметно меньше, чем у всех прочих блоков.

Помимо того, что активный PFC обеспечивает близкий к идеальному коэффициент мощности, так еще, в отличие от пассивного, он улучшает работу блока питания — он дополнительно стабилизирует входное напряжение основного стабилизатора блока – блок становится заметно менее чувствительным к пониженному сетевому напряжению, также при использовании активного PFC достаточно легко разрабатываются блоки с универсальным питанием 110. 230В, не требующие ручного переключения напряжения сети. (Такие БП имеют специфическую особенность – их эксплуатация совместно с дешёвыми ИБП, выдающими ступенчатый сигнал при работе от батарей может приводить к сбоям в работе компьютера, поэтому производители рекомендуют использовать в таких случаях ИБП класса Smart, всегда подающие на выход синусоидальный сигнал.)

Также использование активного PFC улучшает реакцию блока питания во время кратковременных (доли секунды) провалов сетевого напряжения – в такие моменты блок работает за счет энергии конденсаторов высоковольтного выпрямителя, эффективность использования которых увеличивается более чем в два раза. Ещё одним преимуществом использования активного PFC является более низкий уровень высокочастотных помех на выходных линиях

К примеру, напряжение на 1 ноге FAN7530 зависит от делителя собранного на R10 и R11, и соответственно на конденсаторе C9.

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.

Корректор коэффициента мощности (ККМ) или PFC – применяется в импульсных блоках питания, где мощность превышает 50 Вт и более. В маломощных ИБП как правило не применяется.

В импульсном блоке питания входная цепь строится по стандартной схеме. 

На входе имеется диодный мост, после него устанавливается сглаживающий электролитический конденсатор. Выпрямитель построенный по такой схеме потребляет ток из сети  не по синусоидальному закону, а импульсами тока. В этом случае эти блоки могут потреблять очень большие токи из сети.

Если рассматривать график работы преобразователя то можно заметить следующее: при выпрямлении переменного тока диодным мостом получаются полуволны синусоидального напряжения. 

На выходе устанавливается конденсатор, который заряжается до максимального амплитудного значения. Когда напряжение начинает уменьшаться, то конденсатор начинает разряжаться и при достижении определенного значения следующей полуволны начинает заряжаться, потребляя ток из сети, до достижения максимального значения. 

Этот процесс повторяется от полуволны к полуволне. Таким образом потребление тока сосредоточено в очень короткие промежутки времени. Чем больше мощность нагрузки, тем быстрее будет разряжаться конденсатор и тем больше будет время в течении которого он будет заряжаться до амплитудного значения. Это напряжение будет составлять примерно 300 – 310 Вольт ( всё зависит от входного напряжения сети).

Так как при проектировании таких блоков необходимо делать пульсации на выходе минимальными, емкость конденсатора выбирается большой величины. Это связано с тем, чтобы конденсатор заряжался на каждой полуволне в течении короткого промежутка времени, при этом ток из сети будет потребляться импульсами. Когда ток заряжает конденсатор, он определяет угол прохождения тока через выпрямитель. 

Данный угол называется коэффициентом мощности нагрузки и зависит от импеданса источника питания, емкости конденсатора фильтра и от величины нагрузки. При малой нагрузки величина небольшая, а при увеличении она возрастает до 25-30 градусов. Из этого следует, что ток в нагрузке не является непрерывным, а имеет импульсное значение большой амплитуды с определенными гармониками.

Для устранения потребления тока из сети импульсами, создан ряд определенных устройств, которые называются корректорами коэффициента мощности. 

Виды корректора коэффициента мощности

Существуют следующие схемы коррекции:

• пассивная
• активная

Для пассивной коррекции коэффициента мощности применяются схемы с индуктивностью во входной цепи. После диодного моста подключается дроссель, а уже за ним ставиться конденсатор и осуществляется пассивная коррекция коэффициента мощности.

Если установить большую величину дросселя,то он запасает большое количество энергии, что хватает на весь период работы, уменьшая гармонические колебания, возникающие при превышении тока через выпрямитель. 

На практике схема уменьшает гармоники, улучшает коэффициент коррекции мощности, но не решает проблему полностью.

При активной коррекции коэффициента мощности, нагрузка ведет себя как активное сопротивление.

Ток потребляемый из сети носит не импульсный характер, а по форме близок к синусоиде. Входной ток по форме и фазе должны совпадать. 

Схемотехника ККМ может быть различной: повышающая и понижающая. Больше всего используется в импульсных блоках питания повышающая схема, так как она позволяет получить близкое значение к единице COS (F). Данные преобразователи повышают напряжение на электролитическом конденсаторе выпрямителя, снижая ток в высоковольтной части ИБП. Большинство схем ККМ строятся по схеме повышающих DC-DC преобразователей.

Работа данного преобразователя рассмотрим при помощи графических осциллограмм и принципиальной схемы. Для проверки поступающих импульсов на затвор транзистора G необходимо применять осциллограф.

Принцип работы схемы PFC

Входная цепь коэффициента коррекции мощности имеет диодный мост. На него поступает напряжение 220V 50Hz, а на выходе диодного моста получаем постоянное напряжение с частотой пульсаций 50Hz.

Это напряжение подается уже не на конденсатор фильтра, как в классической схеме, а на повышающий преобразователь, выполненный из: 

• дросселя L 
• MOSFET- транзистора 
• PFC-ШИМ контроллера
• диода подсоединенного к выводу конденсатора фильтра (вывод +) 

Основной задачей данного преобразователя является получить форму тока потребления не импульсами из сети, а такую же как форма напряжения, то есть близкую к синусоидальной.

Для получения заданной формы необходимо чтобы импульсы формировались на ключевом транзисторе затвора некоторыми управляющими напряжениями. 

На выходе диодного моста имеется напряжение большой амплитуды и для формирования импульсов силового транзисторного ключа должно выполняться 2 условия:

1. На формирователь импульсов подается выпрямленное пульсирующее напряжение через делитель Rд состоящий из резисторов R1, R2, R3 уменьшая амплитуду, а форма напряжения остается такой же.
2. Необходимо отслеживать ток потребления от сети. Данную функцию реализуем при помощи резистора R’д в цепи истока MOSFET – транзистора. Таким образом ток будет проходить через дроссель L и отслеживаться микросхемой D1 по выводу CS.

Эти условия являются основными для реализации схемы PFC 

Импульсы на затворе транзистора необходимо формировать таким образом, чтобы когда он начинает открываться (появлялся открывающий уровень напряжения) и через дроссель начинал протекать ток. 

Этот ток нарастает по линейному закону и протекает через датчик тока (R’д). Когда напряжение с данного датчика тока сравняется с напряжением выпрямленным выпрямителем после делителя Rд и R’д то транзистор должен закрываться. Когда ток протекающий через дроссель будет равен нулю, транзистор заново будет открываться и ток будет плавно увеличиваться до следующего совпадения значений напряжения на датчике тока и выпрямленного напряжения с диодного моста ограниченного делителем. И данный процесс будет повторяться в течении всего периода.

При работе устройства вначале синусоиды транзистор будет открываться на небольшое время, а когда синусоида приближается к максимальному значению транзистор открывается на большее время.

Для стабилизации выходного напряжения сигнал с конденсатора С1 поступает на формирователь импульсов через Rобр, где в микросхеме D1 через вывод FB вырабатывается сигнал ошибки. Данный сигнал влияет на длительность импульса, который формируется для управления транзистором, с вывода GO микросхемы PFC ШИМ. На длительность импульсов влияет не только входное, но и выходное напряжение.

В зависимости от нагрузки подключения, напряжение на выходе будет меняться и будет меняться сигнал ошибки, и сигнал будет влиять на длительность импульса. В этом случае потребление входного тока сводится практически к синусоидальному виду и появляется стабилизация выходного напряжения. 

Выводы:

• В большинстве электронных устройств используются данные преобразователи, что исключает: перекос фаз, уменьшение нагрузки на сети, не искажает форму напряжения сети.
• Подробно изучить работу ККМ модуля вы можете на курсе электроники. 

На чтение 6 мин Просмотров 8.2к. Опубликовано Четверг Март 7th, 2013

Возврат к списку

Назначение PFC модуля

Корректор коэффициента мощности (ККМ) или PFC – применяется в импульсных блоках питания, где мощность превышает 50 Вт и более. В маломощных ИБП как правило не применяется.

В импульсном блоке питания входная цепь строится по стандартной схеме. 

На входе имеется диодный мост, после него устанавливается сглаживающий электролитический конденсатор. Выпрямитель построенный по такой схеме потребляет ток из сети  не по синусоидальному закону, а импульсами тока. В этом случае эти блоки могут потреблять очень большие токи из сети.

Если рассматривать график работы преобразователя то можно заметить следующее: при выпрямлении переменного тока диодным мостом получаются полуволны синусоидального напряжения. 

На выходе устанавливается конденсатор, который заряжается до максимального амплитудного значения. Когда напряжение начинает уменьшаться, то конденсатор начинает разряжаться и при достижении определенного значения следующей полуволны начинает заряжаться, потребляя ток из сети, до достижения максимального значения. 

Этот процесс повторяется от полуволны к полуволне. Таким образом потребление тока сосредоточено в очень короткие промежутки времени. Чем больше мощность нагрузки, тем быстрее будет разряжаться конденсатор и тем больше будет время в течении которого он будет заряжаться до амплитудного значения. Это напряжение будет составлять примерно 300 – 310 Вольт ( всё зависит от входного напряжения сети).

Так как при проектировании таких блоков необходимо делать пульсации на выходе минимальными, емкость конденсатора выбирается большой величины. Это связано с тем, чтобы конденсатор заряжался на каждой полуволне в течении короткого промежутка времени, при этом ток из сети будет потребляться импульсами. Когда ток заряжает конденсатор, он определяет угол прохождения тока через выпрямитель. 

Данный угол называется коэффициентом мощности нагрузки и зависит от импеданса источника питания, емкости конденсатора фильтра и от величины нагрузки. При малой нагрузки величина небольшая, а при увеличении она возрастает до 25-30 градусов. Из этого следует, что ток в нагрузке не является непрерывным, а имеет импульсное значение большой амплитуды с определенными гармониками.

Для устранения потребления тока из сети импульсами, создан ряд определенных устройств, которые называются корректорами коэффициента мощности. 

Виды корректора коэффициента мощности

Существуют следующие схемы коррекции:

• пассивная
• активная

Для пассивной коррекции коэффициента мощности применяются схемы с индуктивностью во входной цепи. После диодного моста подключается дроссель, а уже за ним ставиться конденсатор и осуществляется пассивная коррекция коэффициента мощности.

Если установить большую величину дросселя,то он запасает большое количество энергии, что хватает на весь период работы, уменьшая гармонические колебания, возникающие при превышении тока через выпрямитель. 

На практике схема уменьшает гармоники, улучшает коэффициент коррекции мощности, но не решает проблему полностью.

При активной коррекции коэффициента мощности, нагрузка ведет себя как активное сопротивление.

Ток потребляемый из сети носит не импульсный характер, а по форме близок к синусоиде. Входной ток по форме и фазе должны совпадать. 

Схемотехника ККМ может быть различной: повышающая и понижающая. Больше всего используется в импульсных блоках питания повышающая схема, так как она позволяет получить близкое значение к единице COS (F). Данные преобразователи повышают напряжение на электролитическом конденсаторе выпрямителя, снижая ток в высоковольтной части ИБП. Большинство схем ККМ строятся по схеме повышающих DC-DC преобразователей.

Работа данного преобразователя рассмотрим при помощи графических осциллограмм и принципиальной схемы. Для проверки поступающих импульсов на затвор транзистора G необходимо применять осциллограф.

Принцип работы схемы PFC

Входная цепь коэффициента коррекции мощности имеет диодный мост. На него поступает напряжение 220V 50Hz, а на выходе диодного моста получаем постоянное напряжение с частотой пульсаций 50Hz.

Это напряжение подается уже не на конденсатор фильтра, как в классической схеме, а на повышающий преобразователь, выполненный из: 

• дросселя L 
• MOSFET- транзистора 
• PFC-ШИМ контроллера
• диода подсоединенного к выводу конденсатора фильтра (вывод +) 

Основной задачей данного преобразователя является получить форму тока потребления не импульсами из сети, а такую же как форма напряжения, то есть близкую к синусоидальной.

Для получения заданной формы необходимо чтобы импульсы формировались на ключевом транзисторе затвора некоторыми управляющими напряжениями. 

На выходе диодного моста имеется напряжение большой амплитуды и для формирования импульсов силового транзисторного ключа должно выполняться 2 условия:

1. На формирователь импульсов подается выпрямленное пульсирующее напряжение через делитель Rd состоящий из резисторов R1, R2, R3 уменьшая амплитуду, а форма напряжения остается такой же.
2. Необходимо отслеживать ток потребления от сети. Данную функцию реализуем при помощи резистора R’d в цепи истока MOSFET – транзистора. Таким образом ток будет проходить через дроссель L и отслеживаться микросхемой D1 по выводу CS.

Эти условия являются основными для реализации схемы PFC 

Импульсы на затворе транзистора необходимо формировать таким образом, чтобы когда он начинает открываться (появлялся открывающий уровень напряжения) и через дроссель начинал протекать ток. 

Этот ток нарастает по линейному закону и протекает через датчик тока (R’d). Когда напряжение с данного датчика тока сравняется с напряжением выпрямленным выпрямителем после делителя Rd и R’d то транзистор должен закрываться. Когда ток протекающий через дроссель будет равен нулю, транзистор заново будет открываться и ток будет плавно увеличиваться до следующего совпадения значений напряжения на датчике тока и выпрямленного напряжения с диодного моста ограниченного делителем. И данный процесс будет повторяться в течении всего периода.

При работе устройства вначале синусоиды транзистор будет открываться на небольшое время, а когда синусоида приближается к максимальному значению транзистор открывается на большее время.

Для стабилизации выходного напряжения сигнал с конденсатора С 1 поступает на формирователь импульсов через Robr, где в микросхеме D1 через вывод FB вырабатывается сигнал ошибки. Данный сигнал влияет на длительность импульса, который формируется для управления транзистором, с вывода GO микросхемы PFC ШИМ. На длительность импульсов влияет не только входное, но и выходное напряжение.

В зависимости от нагрузки подключения, напряжение на выходе будет меняться и будет меняться сигнал ошибки, и сигнал будет влиять на длительность импульса. В этом случае потребление входного тока сводится практически к синусоидальному виду и появляется стабилизация выходного напряжения. 

Выводы:

• В большинстве электронных устройств используются данные преобразователи, что исключает: перекос фаз, уменьшение нагрузки на сети, не искажает форму напряжения сети.
• Подробно изучить работу ККМ модуля вы можете на курсе электроники.