Всичко, което трябва да знаете за PSU защитите

Пример за шънтове

В тази статия, ще разгледаме в дълбочина всички защити при захранванията като защита от пренапрежение (OVP), защита ниско напрежение (UVP), защита от занижено напрежение (OCP), защита от претоварване (OPP), защита превишаване на мощността (OLP), защита от прегряване (OTP), защита на празен ход (NLO), а също и захранващ добър сигнал.

Обикновено захранванията имат мониторинг интегрална схема за техен помощник (виж фигура 1), която е отговорна за защитите на захранването. Защитите също могат да бъдат изградени с помощта на самостоятелни компоненти, вместо да използвате готова интегрална схема – най-използваната интегрална схема за тази опция е LM339. Често схемата за мониторинг е изградена върху малка печатна платка, която е прикрепена към основната платка на захранването.

PS223

Фигура 1: Мониторинг интегрална схема

Когато за първи път включите захранването, напреженията не са на разположение незабавно на изходите: те нарастват до достигане на правилните им стойности. Това нарастване се случва за една малка част от секундата (максимум 20ms или да бъдем по-точни 0.02s).

За да се предотвратят тези по-ниски от нормалните напрежения, за да се предоставят на компютъра, захранването има сигнал, наречен „PWR_OK” или просто „PG”, който казва на компютъра, че изходите +12V, 5V и 3.3V са с правилни стойности  и по този начин могат да се използват, а захранването е готово да работи в непрекъснат режим. Този сигнал е достъпен чрез пин осем (оцветен в сиво) от главния захранващ конектор.

Има още една причина, за да съществува този сигнал: защита от занижено напрежение (UVP). Както ще видим след малко, защитата от занижено напрежение изключва захранването, ако изходите имат напрежение под определено ниво. Ако UVP  е активна, когато включите захранването за първи път, то никога няма да се включи, защото напреженията са под UVP гранична точка. С други думи, тъй като при първоначалното включване на захранването, напреженията са под техните стойности, UVP би попречило на електрозахранването да бъде включено. Следователно UVP трябва да изчака, докато сигнала е активен, за да бъде включен.

Този сигнал се генерира от мониторинг интегралната схема или от PWM контролера (в случая захранването е базирано на half-bridge топологията). По-долу може да видите времевата диаграма (фигура 2). „VAC” е входящо променливо напрежение, т.е. напрежението от системата. PS_ON# е “включване” сигнал (т.е. сте натиснали бутона „standby” от кутията на компютъра). PWK_OK е захранващия добър сигнал.

Т1 е по-малко от 500ms, Т2 е между 0.1ms и 20ms, Т3 е между 100ms и 500ms, Т4 е по-малко или равно на 10ms, Т5 е по-голямо или равно на 16ms, а Т6 е по-голямо или равно на 1ms.

Under Over Voltagre

Фигура 2: Under и Over Voltagre защити (UVP и OVP)

Ще разгледаме UVP и OVP заедно, защото са изградени използвайки една и съща верига. Тези защити наблюдават +12V, 5V и +3.3V изходите и изключват захранването в случай, че някои от тези резултати са над (OVP) или под (UVP) определена стойност, наричана още „гранична точка”. Това са най-базовите защити, с които разполагат почти всички захранващи устройства, включително и ултра-нисък клас модели.

Едно интересно нещо, което повечето хора не знаят е, че спецификацията на ATX12 изисква всички компютърни захранвания да имат защита от пренапрежение (OVP), но защитата от ниско напрежение (UVP) е по избор.

Проблемът с тези две защити е, че те обикновено са конфигурирани в граничните точки, които са твърде далеч от изходното номинално напрежение. ATX12V спецификация:

3-tablica

Един производител може да изгради захранване с OVP конфигуриран при 15.6V до 12V изход или 7V до 5V и все още да е в съответствие със спецификацията на ATX12V. Т.е. ATX12V спецификацията казва, че напреженията трябва да бъдат 5% от номиналните им стойности, но когато идва до OVP, тя позволява на производителите да конфигурират тази защита до 30% при 12V, 40% при 5V и 30% при 3.3V.

Как производителите избират OVP и UVP граничните точки? С избора на мониторинг интегрална схема, защото стойностите за тези защити са твърдо структурирани в тази верига.

За пример, можем да вземем популярната мониторинг интегрална схема. Тази схема предоставя следните гранични точки за защита от пренапрежение (OVP):

4-tablica

И следните стойности за защита от ниско напрежение (UVP):

5-tablica

Други вериги, ще предоставят различни гранични точки.

Още веднъж бих искал да насоча вниманието ви върху това как далеч от номиналните напрежения тези защити обикновено са конфигурирани. За да влязат в действие захранването трябва да бъде изправено пред много сериозно състояние. В действителност чрез нашия опит с нисък клас захранвания (които разполагат само с OVP и UVP защита), захранването ще изгори преди тези защити да влязат в действие.

Over Current Protection (OCP)

Има много погрешни схващания за OCP и обяснения защо съществува тази защита.

Регламента за международните принципи за безопасност, наречен IEC 60950-1, който гласи, че нито един проводник не може да пренася повече от 240VA в компютърни съоръжения. Захранванията доставят постоянен ток, което означава, че нито един изход не може да пренася повече от 240W.

По този начин ATX12V спецификацията включва изискване за сравнение със сегашната защита от късо съединение, за да се изключи всяка бариера, която изтегля повече от 240W.

Когато става въпрос за 12V изход, това се равнява на ток от 20А.

Разбира се, тази сравнително ниска граница би предотвратила, производителите да изграждат по-високи мощностни единици. Така, че те се появиха с идеята да разрушат +12V изход в две или повече групи от проводници, като всяка група разполага със своя собствена OCP  защита. Например, две групи от проводници с OCP конфигурация при 20А всяка, ще удвои максималната позволена мощност за +12V изхода от 240W до 480W.

Всяка група от проводници със своя собствена OCP защита се нарича „релса” (въпреки, че ние лично предпочитаме термина „виртуална релса”). Така захранване с „две релси” означава, че нейните +12V проводници са разделени в две групи и всяка група има своя собствена OCP защита.

Захранвания, които имат само една OCP верига (или дори без OCP изобщо), се наричат „единична релса”.

В момента има няколко захранвания с единични релси с текущ лимит над 20А на +12V релса. Как е възможно това? Ако обърнете внимание, IEC 60950-1 изискването е диригент.

В обобщение, разликата между единичния релсов дизайн и многочисления релсов дизайн е наличието на повече от една OCP схема за +12V проводници.

Някои производители добавят цветни ленти на +12V (жълти) проводници с цел идентифициране дали всяка релса е свързана към всеки проводник.

Нисък клас захранвания, обаче, обикновено подвеждат за наличието на две +12V релси. В характеристиките им може да видите отбелязани две 12V релси (обикновено проводниците свързани с ATX12V / EPS12V – са с райе в различен цвят), но вътре в захранването тези единици дори нямат OCP защита и всички проводници са свързани заедно на едно и също място, като по този начин тези единици са продукти с единична релса.

Така, че как можете визуално да идентифицирате наличието на отделни OCP защити? Просто поглеждайки проводниците не е достатъчно, т.к. производителя може да добави проводници с различни цветове, за да ви заблудят.

Има два основни компонента, необходими за изграждането на OCP защита: захранването трябва да има мониторинг интегрална схема с OCP поддръжка (и с броя на каналите съвместими с броя на релсите обявени от производителя) и текущите сензори, известни още като „шънт”, които са с висока мощност резистори с познато много ниско съпротивление. На фигури 3 и 4, може да видите най-често срещаните физически аспекти на тези „шънтове”.

Пример за шънтове

Фигура 3: Пример за „шънтове” (текущи сензори)

Пример за шънтове

Фигура 4: Пример за „шънтове” (текущи сензори)

Всеки шънт представлява +12V релса. Двете захранвания по-горе имат четири сензора и по този начин те вероятно имат четири +12V релси. Ако следвате проводниците вие лесно ще разберете кои от тях към кои релси са свързани.

Има една подробност, все пак. Някои производители използват една и съща платка за единичен релсов дизайн и многочислен релсов дизайн. Така, че можете да откриете захранвания с повече от един „шънт”, които всъщност са единичен релсов продукт, защото дори производителя да е добавил „шънтове”, те всички са свързани с една и съща верига, вместо да се използват разделени вериги.

Така, че ако отворите захранване и може да намерите един (или не) „шънт”, това е многочислен релсов дизайн, но те могат да бъдат също и единичен релсов дизайн. Можете да погледнете в листа с данни за мониторинг интегралната схема, за да видите колко „канална” е OCP защитата. Ако има само един OCP канал, очевидно сте попаднали на захранване с единична релса.

Въпреки, че теоретично се изисква от ATX12V спецификацията, някои захранвания просто не носят тази защита или е инсталирана на +5V и +3.3V  релси, но не и на +12V, което няма смисъл.

За да добиете представа, как тази схема работи, разгледайте схема от фигура 5, която е базирана на популярната PS223 мониторинг интегрална схема, която включва четири OCP канала. Елементите, маркирани като RS5, RS33, RS12(1) и RS12(2) са „шънтовете”. Забележете как в този пример захранването има само две 12V релси, като другите два OCP канала се използват за наблюдение на +5V и +3.3V изходите.

Over Current защита

Фигура 5: (OCP) Over Current защита

OCP граничната точка е ръчно конфигурирана от производителя, обикновено чрез избор на стойността на външни резистори, които са монтирани на един от изводите на интегралната схема (резистори ROC5, ROC33, ROC12(1), ROC12(2) и RI на фигура 4).

Over Temperature защита (OTP)

Защитата от прегряване, както подсказва името, ще изключи захранването, ако температурата му достигне определено ниво. Въпреки, че няколко мониторинг интегрални схеми имат тази възможност, не всички захранвания прилагат тази защита. Това е допълнителна защита.

Отваряйки захранването вие лесно можете да забележите термистора, прикрепен към радиатора. Този термистор е свързан с контролера за вентилатора, за да регулирате скоростта на вентилатора в зависимост от вътрешната температура на захранващия блок. Този термистор не се използва за OTP защита: захранвания с OTP обикновено имат два термистора, един за вентилатора и един за OTP.

Over Temperature защита (OTP)

Фигура 6: Захранване с два термистора и по този начин с участието на OTP.

Граничната температура за OTP е конфигурирана от производителя, избирайки стойността на един резистор, който е свързан с мониторинг интегрална схема (RT на фигура 5 – NTC е топлинния сензор – NTC за отрицателен температурен коефициент, което означава, че съпротивлението на този компонент намалява с температурата).

Over Power / Load защита (OPP / OLP)

Защита от пренатоварване и защита от превишаване на мощността са две различни наименования за едно и също нещо. Това е допълнителна защита, която изключва захранването в случай, че единицата започва да предоставя повече мощност, отколкото е конфигурирана граничната точка.

Захранвания от нисък клас, базирани на half-bridge топологията, тази защита се осъществява от PWM контролер, стига да го поддържа. Захранвания с активна PFC схема, тази защита се осъществява от PFC контролера.

И в двата случая това, което веригата наблюдава е общия ток, теглен от захранването от електрическата мрежа. Ако се увеличава над определена стойност, защитата се стартира и спира захранването.

Short – Circuit защита (SCP)

Защитата срещу късо съединение е може би най-старата форма на защита на разположение и е много лесно да се приложи (обикновено това се осъществява извън мониторинг интегралната схема с помощта на няколко транзистора). Това е задължителна защита, която ще изключи захранването в случай на „късо съединение”.

No – Load Operation (NLO)

Защитата на празен ход е задължителна, която позволява захранването  да се включи и да работи правилно, дори ако няма натоварване на неговите изходи. Това не е точно „защита”, като тези, които сме виждали до момента, но повече като изискване за дизайн.

Сравнение между мониторинг интегралните схеми

В таблицата по-долу сравняваме основните защити, налични в най-популярните мониторинг интегрални схеми. Ние разделяме веригата на два вида, първите тези с интегриран PWM контролер (използва се от захранвания базирани на half-bridge топологията) и след това на схемите, използвани за захранвания с по-модерни топологии.

Ако не е отбелязано, OVP и UVP веригите следят само основните положителни напрежения (+12V, +5V и +3.3V).

10-tablica

ATX2005 е известен още като 2005AZ, SDC2005 и т.н.

11-tablica

*Също така следи -12V и -5V изходите.

**Не следи 12V за тази защита.

Реклами