Fra vekselspenning inn til likespenning ut - La8eka.com
Fra vekselspenning inn til likespenning ut - La8eka.com
Fra vekselspenning inn til likespenning ut - La8eka.com
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Fra</strong> <strong>vekselspenning</strong> <strong>inn</strong> <strong>til</strong> <strong>likespenning</strong> <strong>ut</strong><br />
Guide: Anatomien <strong>til</strong> en PSU - del 1<br />
Lurer du på hvordan en strømforsyning er bygget opp og fungerer? Denne guiden i to<br />
deler gir deg svaret.
Strømforsyninger kommer i mange ulike former, farger, størrelser og typer. Men uansett<br />
<strong>ut</strong>sende, så er det <strong>inn</strong>siden som teller. Strømforsyningen består som de fleste vet av mange<br />
komponenter og finurlige kretser. I denne guiden skal vi ta et dypdykk i det som på fagspråket<br />
heter en switchmode-strømforsyning, og forklare deg hvordan den er bygget opp og hva de<br />
ulike komponentene gjør.<br />
For å skjønne store deler av det vi tar opp i denne guiden, bør du han en generell forståelse av<br />
elektronikk. Vi har tidligere skrevet en tredelt guide om dette, som er et meget godt grunnlag<br />
for de vi på de neste sidene skal fortelle om.<br />
En strømforsyning er en ganske kompleks enhet, så vi har sett oss nødt <strong>til</strong> å gå litt frem og<br />
<strong>til</strong>bake på enkelte emner. Du vil ofte få mye mer <strong>ut</strong> av denne guiden om du leser den minst to<br />
ganger.<br />
Vi gjør oppmerksom på at i denne guiden vil vi ta opp emner som kan føre <strong>til</strong> personskader, i<br />
verste fall med døden <strong>til</strong> følge, hvis man ikke er forsiktig og gjør ting riktig. Hardware.no tar<br />
ikke ansvar for skader som følge av denne artikkelen eller andre artikler publisert på dette<br />
nettstedet. Vær alltid varsom og bruk sunn fornuft. Merk også at du i de fleste <strong>til</strong>feller bryker<br />
garantien om du åpner en strømforsyning.<br />
Switching Mode VS Lineære<br />
Når det gjelder generelle strømforsyninger, ikke bare <strong>til</strong> datamaskiner, er det to<br />
grunnleggende design. Vi har lineære strømforsyninger, den typen som brukes i enheter slik<br />
som telefoner, modem og ro<strong>ut</strong>ere. Om det er behov for mer strøm, slik som i datamaskinen,<br />
benyttes et annet design kalt switch-mode, kort for "High frequency switching mode".<br />
Lineær
Lineære strømforsyninger er meget enkle. Vi har forklart disse tidligere, men går igjennom<br />
det kjapt her. Her i Norge får de 230 V <strong>inn</strong> fra strømnettet, og transformerer den ned <strong>til</strong> en<br />
lavere verdi. Spenningen er fortsatt <strong>vekselspenning</strong>, før den går <strong>inn</strong> i en krets meget lik bildet<br />
over. Det første steget er en diode-bro, som gjør <strong>vekselspenning</strong>en om <strong>til</strong> <strong>likespenning</strong> med en<br />
massiv rippel.<br />
Satt i parallell med diode-broen er en stor kondensator som brukes for å rette <strong>ut</strong> deler av gapet<br />
mellom sinus-periodene. Dette hjelper derimot aldri 100 %.<br />
I parallell med kondensatoren setter vi da en zener-diode eller en integrert krets som i korte<br />
trekk k<strong>ut</strong>ter hodet av spenningstoppene for å minimere rippelen. Det vi nå sitter igjen med er<br />
ren DC-spenning.
Lineære strømforsyninger fungerer som nevnt bra for enheter som ikke trekker mye strøm,<br />
men om det er snakk om større belastninger, slik som i datamaskiner, vil lineære<br />
strømforsyninger rett og slett bli alt for fysisk store og tunge. De er også kjent for å ha en<br />
meget dårlig effektivitet ved lavere spenninger, og at de generelt sett er ustabile. Løsningen er<br />
switching-mode.<br />
Switching-mode<br />
Den fysiske størrelsen på transformatorer og kondensatorer er omvendt proporsjonal med<br />
frekvensen. Ved lavere frekvens, bli komponentene større. Ved høy frekvens, kan komponentene<br />
lages meget små.<br />
I switching-mode-strømforsyninger blir frekvensen <strong>til</strong> <strong>vekselspenning</strong> økt betydelig, gjerne<br />
1000 ganger. Strømforsyningen får 50 Hz <strong>inn</strong>, og øker dette <strong>til</strong> rundt 50 000 Hz før<br />
spenningen går <strong>inn</strong> <strong>til</strong> transformatoren, som da kan være meget liten. Ordet "switching-mode"<br />
betyr altså ikke at noe blir slått av og på i strømforsyningen, det er frekvensen som endres<br />
(switching).<br />
Klikk for større versjon - bilde: repairfaq.org<br />
Den får informasjon om hvor mye den belastes med, noe som gjør at den justerer spenningen<br />
<strong>inn</strong> <strong>til</strong> transformatoren opp og ned avhengig av hvor mye strøm komponentene den er<br />
<strong>til</strong>koblet trekker. Denne teknikken kalles PWM, Pulse Width Modulation, og sørger for at<br />
strømforsyningen holder seg betydelig kjøligere.<br />
Power Factor Correction
Eksempel på en Aktiv PFC-krets<br />
Alt elektrisk <strong>ut</strong>styr med motorer og/eller transformatorer trekker to typer effekt - aktiv og<br />
reaktiv effekt. Aktiv effekt, som måles i enheten kWh, er den effekten som produserer det<br />
virkelig arbeidet slik som den fysiske roteringen i en motor. Reaktiv effekt, som måles i<br />
enheten kVAr, er den effekten som brukes for å lage det magnetiske feltet som trengs for å få<br />
akselen i motoren <strong>til</strong> å rotere, eller transformatoren som regulerer spenningen. Vektorsummen<br />
av disse <strong>ut</strong>gjør kVAh - den <strong>til</strong>synelatende effekten ("apparent power").<br />
I industrien betales det for kVAh, men for vi privatbrukere betaler kun for den aktive<br />
erffekten. Selv om vi privatbrukere ikke betaler for det, trekker vi en god del reaktiv effekt.<br />
Den koster oss ingenting, men den tar opp plass på strømnettet, plass som kunne vært brukt <strong>til</strong><br />
mer aktiv effekt. Strømfaktoren er da den aktive effekten dividert med den <strong>til</strong>synelatende<br />
effekten. Strømfaktoren varierer mellom 0 og 1. Desto nærmere vi er null, desto mindre<br />
reaktiv effekt bruker kretsen.<br />
Kretsene som retter opp strømfaktoren kalles Power Factor Correction Circuits, eller bare<br />
PFC. Det er to typer av disse kretsene - passiv PFC og aktiv PFC. En passiv PFC-krets består<br />
av kun passive komponenter, det vil si komponenter som selv ikke trenger strøm for å<br />
fungere. Eksempler på dette er spoler, motstander og kondensatorer. Aktiv PFC har i <strong>til</strong>legg <strong>til</strong><br />
passive komponenter, noen aktive komponenter, slik som transistorer og integrerte kretser.<br />
Med en passiv PFC-krets kan man få strømfaktoren opp <strong>til</strong> et sted mellom 0,6 og 0,8. Med en<br />
aktiv PFC-krets kan man oppnå en strømfaktor på så mye som 0,99.<br />
<strong>Fra</strong> og med januar 2001 krevde EU (European Union) at alle elektriske enheter på over 70 W,<br />
skal ha en krets som retter opp strømfaktoren. Med andre ord må alle produsenter som ønsker<br />
å selge strømforsyninger <strong>inn</strong>enfor EU, ha en slik krets i strømforsyningene.
For oss sl<strong>ut</strong>tbrukere blir ikke strømforsyningen verken bedre eller dårligere om man har en<br />
slik krets, den sparer kun masse kapasitet for nettleverandøren, samt at den hjelper <strong>til</strong> for "en<br />
grønnere hverdag". Foreløpig trenger du kun å vite hva en PFC-krets er, senere vil vi gå<br />
igjennom denne i detalj og vise dere hvordan den fungerer.<br />
Oppbygning<br />
Til å begynne med skal vi dele strømforsyninger <strong>inn</strong> i to grupper - de med og de <strong>ut</strong>en en aktiv<br />
PFC-krets. Hva en aktiv PFC-krets gjør forklarte vi på forrige side, og vi vil vise <strong>til</strong> praktiske<br />
eksempler senere.<br />
Vi starter med to enkle blokkdiagrammer. Her ser vi kun de ulike tr<strong>inn</strong>ene i strømforsyningen,<br />
hvert tr<strong>inn</strong> består gjerne av mange komponenter. Det første bildet er en strømforsyning <strong>ut</strong>en<br />
en aktiv PFC-krets, det andre er en strømforsyning med en aktiv PFC-krets.<br />
Strømforsyning <strong>ut</strong>en aktiv PFC<br />
Strømforsyning med aktiv PFC<br />
De færreste av dere skjønner nok mye av diagrammene over, og det er dette vi nå skal gå<br />
igjennom steg for steg på de neste sidene.<br />
Det vi ser er at en strømforsyning med en aktiv PFC-krets ikke trenger en spenningsfordobler.<br />
Men hva er en spenningsfordobler? Mange har nok kjennskap <strong>til</strong> den lille røde bryteren som<br />
fantes på baksiden av alle strømforsyninger frem <strong>til</strong> år 2001. Denne skal her i Norge stå på<br />
"230 V", men som mange har erfart, smeller det godt om man setter den <strong>til</strong> "115 V".<br />
Hele strømforsyningen er designet for å jobbe på "230 V", fordi det er bedre å doble<br />
spenningen fremfor å halvere den. Når bryteren er satt <strong>til</strong> "230 V" kobler man seg rett og slett<br />
rundt tr<strong>inn</strong>et som dobler spenningen. Men, når man da setter bryteren på "115 V" vil
strømforsyningen fordoble spenningen som kommer <strong>inn</strong>. Du vil da altså sende 460 V <strong>inn</strong> i<br />
strømforsyningen, fremfor de 115 som den forventer. Dette er med andre ord ikke bra, og om<br />
du gjør denne glippen må du i de fleste <strong>til</strong>feller kjøpe en ny strømforsyning.<br />
En strømforsyning med en aktiv PFC-krets vil derimot regulere dette selv, noe som er<br />
grunnen <strong>til</strong> at du ikke f<strong>inn</strong>er den røde bryteren på nyere strømforsyninger.<br />
Det er PWM-kretsen vi snakket om tidligere som regulerer spenningen <strong>til</strong> strømforsyningen.<br />
Spenningen som går <strong>inn</strong> i strømforsyningen blir likerettet før den går <strong>inn</strong> i steget hvor<br />
switchingen skjer. Under "switchingen" blir sinuskurven gjort firkantet (digital), før den<br />
sendes <strong>til</strong> transformatorene. Dette betyr at spenningen <strong>ut</strong> av transformatoren er firkantet, noe<br />
som gjør at det er veldig lett å transformere <strong>til</strong> likestrøm. Det er her kallenavnet "DC-DC<br />
konverterer" kommer fra.<br />
Innsiden av en strømforsyning<br />
Billig strømforsyning / Kvalitets-strømforsyning<br />
De fleste har sett tatt en titt under panseret på en strømforsyning, enten på bilder eller via egne<br />
eksperimenter. De fleste ser bare et evig kaos av elektronikk, et par kjøleribber og en eller to<br />
vifter. Tar du en nærmere titt vil du nok også kjenne igjen flere større komponenter slik som<br />
kondensatorer og spoler.<br />
En strømforsyning deles <strong>inn</strong> i to, primærsiden og sekundærsiden. Skillet er ganske enkelt der<br />
de store transformatorene står, mellom de to store kjøleribbene.
Billig strømforsyning<br />
Kvalitets-strømforsyning<br />
Det er mange enkle måter for deg å sjekke hva som er primær- og hva som er sekundærsiden.<br />
Hvis du følger kablene fra strømkontakten du plugger i strømforsyningen, vil den enkelt lede<br />
deg <strong>til</strong> primærsiden av strømforsyningen. Her vil du også f<strong>inn</strong>e den største kondensatoren og
om strømforsyningen har en aktiv PFC-krets f<strong>inn</strong>er vi også den største spolen i<br />
strømforsyningen her.<br />
Alle kablene som går <strong>ut</strong> fra strømforsyningen, slik som periferisk 4-pin og ATX-kontakten,<br />
kommer <strong>ut</strong> fra sekundærsiden. Følger du den store kabelklasen <strong>inn</strong> i alle strømforsyninger,<br />
f<strong>inn</strong>er du sekundærsiden. På strømforsyninger <strong>ut</strong>en aktiv PFC, er det her den største spolen vil<br />
stå.<br />
Transient-filtrering<br />
Over ser vi et bilde av det som er et anbefalt transient-filter. Mange produsenter velger å k<strong>ut</strong>te<br />
vekk enkeltkomponenter for å spare penger. Det er ofte at RV1, en av spolene og en av<br />
kondensatorene ikke blir brukt. I ekstreme <strong>til</strong>feller blir det ikke montert et transient-filter i det<br />
hele tatt.<br />
Hva produsenter velger å bruke av komponenter her, sier ofte veldig mye om kvaliteten på<br />
strømforsyningen. Dette filteret blir i noen <strong>til</strong>feller også omtalt som "EMI-filter".
Glass/keramikkrørsikringen er et komponent de fleste kjenner igjen. Den fungerer som en<br />
generell beskytter når det er noe feil med strømforsyningen. Om denne en gang skulle ryke,<br />
bør du passe på om du velger å erstatte denne selv. Sikringer ryker ikke <strong>ut</strong>en grunn, de er ofte<br />
mer feil med strømforsyningen enn at sikringen har ryket. Når du setter <strong>inn</strong> en ny, vil den<br />
mest sannsynlig bare ryke den også. På de fleste strømforsyninger er denne montert i en<br />
holder, så det er enkelt å bytte den selv. Hvis du selv velger å bytte denne, pass på at<br />
spesifikasjonene er de samme.<br />
Klikk for større versjon<br />
Den neste komponenten i kretsen er primærkomponenten i et slikt filter, men mange<br />
billigprodusenter velger å k<strong>ut</strong>te det vekk for å spare kostnader. Denne komponenten kalles en<br />
MOV, Metall Oksid Varistor. Jobben <strong>til</strong> denne varistoren er å k<strong>ut</strong>te vekk uregelmessige<br />
"peaks" (derav navnet transient filter) i spenningen. Hvis spenningen brått øker, motvirker<br />
komponentet dette, og gjør spenningen "nøytral".
En slik varistor er akkurat den samme komponenten som vi f<strong>inn</strong>er i overspenningsvern. Hvis<br />
strømforsyningen har denne komponenten, skal du i teorien ikke trenge et overspenningsvern<br />
<strong>til</strong>koblet strømforsyningen. Så klart har et overspenningsvern ofte andre funksjoner også, så<br />
man bør ikke stole på denne ene komponenten i strømforsyningen.<br />
De to spolene vi ser på skjemaet, L1 og L2, er vanlige ferrittkjerne-spoler. Enkelte<br />
produsenter velger kun en slik, andre velger opp<strong>til</strong> tre stykker.<br />
Kondensatorene vi f<strong>inn</strong>er i et transient-filter, deles <strong>inn</strong> i to grupper. X-kodensatorer står i<br />
parallell med strømlinjen(C3). Den andre gruppen, Y-kondensatorer, står alltid i par i serie<br />
med strømlinjen og jord(C1 og C2). Hvis du ser nærmere på bildet øverst, ser du at dette også<br />
er merket på printkortet. Y-kondensatorene er vanlige skive-kondensatorer, mens Xkondensatorene<br />
er av metallisert polyester-typen.<br />
På noen strømforsyninger er dette tr<strong>inn</strong>et todelt. Da sitter deler av komponentene festet rett på<br />
kontakten du setter strømkabelen i, mens resten av komponentene sitter på printkortet. Et<br />
eksempel på dette ser vi på bildet over. Her sitter en av X-kondensatorene, to Ykondensatorer,<br />
en sikring og en av spolene.<br />
Et transient-filter rensker ikke bare spenningen som går <strong>inn</strong> i strømforsyningen. Den sørger<br />
også for at støy som genereres av switchingen, ikke kommer <strong>ut</strong> og skaper støy på annet<br />
elektrisk <strong>ut</strong>styr på samme strømlinje i huset ditt.<br />
Spenningsfordobler<br />
Spenningsfordobleren er et steg som logisk nok dobler spenningen. Dette er et steg vi kun<br />
f<strong>inn</strong>er på strømforsyningen <strong>ut</strong>en en aktiv PFC, og den benyttes kun på 115 V-strømnett. Her i<br />
Norge vil du med andre ord aldri ha bruk for den.
Spenningsfordobleren er ganske enkelt de to store kondensatorene du f<strong>inn</strong>er på primærsiden<br />
av strømforsyningen.<br />
På nyere strømforsyninger med aktiv PFC f<strong>inn</strong>er vi kun en stor kondensator på samme sted.<br />
Dens oppgave er å glatte <strong>ut</strong> den massive rippelen som oppstår etter likerettingen. Akkurat<br />
dette steget er likt det vi f<strong>inn</strong>er i en lineær strømforsyning.<br />
Likeretter<br />
Likeretteren er det steget i strømforsyningen som gjør <strong>vekselspenning</strong>en om <strong>til</strong> <strong>likespenning</strong>.<br />
Denne likeretteren er ofte i et enkelt komponent som vi ser på bildet under, men den kan også<br />
bestå av fire enkelt dioder.<br />
Dette tr<strong>inn</strong>et er helt likt det vi gikk igjennom på side 2, i en lineær strømforsyning.
Likeretter-bro - enkelte komponenter er fjernet for å få et bedre bilde<br />
Temperaturregulering<br />
Klikk for større versjon<br />
På primærsiden f<strong>inn</strong>er vi også en enkel NTC-motstand. Dette er en ulineær motstand hvor<br />
motstanden minsker når temperaturen øker. Når strømforsyningen jobber blir den varm, noe<br />
som gjør at den må justere seg selv litt for å kompensere for <strong>ut</strong>vidningene varmen fører <strong>til</strong> i de<br />
mikroskopiske lederne.<br />
Akkurat dette steget må ikke forveksles med temperaturreguleringen av strømforsyningens<br />
vifter. Dette skjer ofte via en helt egen kontrollerkrets.
Oppsummering<br />
Til nå har vi sett på forskjellene mellom en lineær strømforsyning og en switch-modestrømforsyning.<br />
Vi har lært om Power Factor Correction og vi har sett på den generelle<br />
oppbygningen <strong>til</strong> en strømforsyning. En <strong>inn</strong>føring i det generelle oppsettet <strong>til</strong> en<br />
strømforsyning har vært gjennomgått, før vi <strong>til</strong> sl<strong>ut</strong>t så på transient-filteret og<br />
spenningsfordobleren.<br />
I neste del skal vi gå dypere <strong>inn</strong> på den aktive PFC-kretsen. Vi vil se nærmere på transistorene<br />
og diodene som <strong>ut</strong>fører switchingen samt PWM-kretsen og dens oppgaver, før vi <strong>til</strong> sl<strong>ut</strong>t tar<br />
for oss alt som skjer på sekundærsiden av strømforsyningen.<br />
Hva skjer hvor?<br />
Lurer du på hvordan en strømforsyning er bygget opp og fungerer? Denne guiden i to<br />
deler gir deg svaret.
Anatomien bak en strømforsyning er veldig kompleks, og krever en god del forklaring. I den<br />
første delen av denne guiden tok vi deg med gjennom den generelle oppbygningen <strong>til</strong> en<br />
strømforsyning av typen "switchmode". Vi gikk detaljert gjennom det transietelle filteret,<br />
spenningsdobleren og <strong>til</strong> sl<strong>ut</strong>t likeretteren.<br />
Det er nå tid for å ta en nærmere titt på de litt mer avanserte kretsene i en strømforsyning. Det<br />
vi nå skal gå igjennom er den aktive PFC-kretsen, selve switchingen, filtreringen og mye mer.<br />
En strømforsyning er som sakt en ganske kompleks enhet, så vi har sett oss nødt <strong>til</strong> å gå litt<br />
frem og <strong>til</strong>bake på enkelte emner. Du vil ofte få mye mer <strong>ut</strong> av denne guiden som du leser den<br />
minst to ganger, noe vi anbefaler deg å gjøre.<br />
Vi gjør oppmerksom på at i denne guiden vil vi ta opp emner som kan føre <strong>til</strong> personskader,<br />
eventuelt med døden <strong>til</strong> følge, hvis man ikke er forsiktig og gjør ting rett. Hardware.no tar<br />
ikke ansvar for skader som følge av denne artikkelen eller andre artikler publisert på dette<br />
nettstedet. Vær alltid varsom, og bruk sunn fornuft. Merk også at du i de fleste <strong>til</strong>feller bryter<br />
garantien om du åpner en strømforsyning.
Aktiv PFC<br />
Eksempel på en aktiv PFC-krets<br />
Hva en PFC-krets er gikk vi igjennom i den første delen av denne guiden. Kort fortalt så har<br />
denne ikke noe å si for strømforsyningens ytelse, men den reduserer varmetapet i<br />
ledningsnettet i huset. Den sørger for at strømforsyningen trekker mindre reaktiv effekt, en<br />
strømtype som ikke gjør noe nyttig.<br />
Slike kretser er påbudt for alle elektroniske kretser som trekker mer enn 70 W, som har en<br />
motorer og/eller transformatorer. Det f<strong>inn</strong>es to slike kretser, henholdsvis aktive og passive<br />
PCF-kretser.<br />
Strømforsyninger som har en aktiv PFC-krets har ikke en spenningsdobler, og de har derfor<br />
ikke den røde bryteren på baksiden av strømforsyningen.<br />
Kretsen<br />
Den aktive PFC-kretsen begynner der transientfilteret sl<strong>ut</strong>ter. Først går strømmen igjennom en<br />
likeretter, hvor <strong>vekselspenning</strong>en konverteres <strong>til</strong> <strong>likespenning</strong>. Hele kretsen styres av en integrert<br />
krets, som vi kommer <strong>til</strong>bake <strong>til</strong>.
I de fleste <strong>til</strong>feller f<strong>inn</strong>er vi to effekt MOSFET-transistorer (T1 og T2). Det er disse som er<br />
skrudd fast <strong>til</strong> kjøleribben vi f<strong>inn</strong>er på primærsiden av strømforsyningen. På denne kjøleren<br />
f<strong>inn</strong>er vi også PFC-dioden.<br />
Dioden i kretsdiagrammet (D5) er en effektdiode, og har en ganske lik <strong>inn</strong>pakning som<br />
effekttransistorene, bortsett fra at den har kun to p<strong>inn</strong>er. Spolen (L1) er den fysisk største<br />
spolen i strømforsyningen, den er ofte mer enn dobbelt så stor som andre spoler i<br />
strømforsyningen.
Kondensatoren C1 er den kondensatoren vi snakket om i del 1 av denne guiden, under temaet<br />
"spenningsdobler”. Oppgaven <strong>til</strong> C1 er å glatte <strong>ut</strong> den massive rippelen som oppstår etter<br />
likerettingen i diodebroen (D1-D4).<br />
Motstanden, RV1, er en NTC-motstand. Dette er en ulineær motstand hvor resistansen<br />
minsker når temperaturen øker. I ledninger slik som vi f<strong>inn</strong>er i spoler, øker motstanden når<br />
temperaturen øker. Dette fører <strong>til</strong> at spenningen <strong>ut</strong> fra strømforsyningen synker. NTCmotstandens<br />
skal hjelpe halvlederne å kompensere for det temperaturavhengige<br />
spenningstapet i metaller, slik som det vi f<strong>inn</strong>er i spoler, slik at <strong>ut</strong>spenningen ikke påvirkes av<br />
temperaturen i strømforsyningen.<br />
Selve hjertet i en aktiv PFC-krets er kontrollkretsen. Denne kommer i form av en integrert<br />
krets, og er ofte en kombinasjon av PWM-kretsen og PFC-kretsen. I slike <strong>til</strong>feller kalles<br />
kretsen PFC/PWM-Combo.<br />
Switching-transistorene<br />
Vi beveger oss over på det viktige med en switchmode-strømforsyning, nemlig switchingen.<br />
Her benyttes det en rekke ulike konfigurasjoner, faktisk hele fem stykker. Under har vi satt<br />
opp disse i en tabell, sortert etter komponentene som er benyttet. Vi har også tegnet opp<br />
kretsskjemaer for hvordan komponentene er koblet sammen.<br />
Denne tabellen er kun en frems<strong>til</strong>ling av antall komponenter vi f<strong>inn</strong>er i selve switchingkretsen.<br />
Det er også andre aspekter <strong>inn</strong>e bildet når det gjelder hvilken av kretsene en<br />
strømforsyningsprodusent velger. Vi har valgt å bruke de engelske navnene her, fordi det å<br />
oversette de <strong>til</strong> norsk vil skape mye forvirring.
Push-pull<br />
Antall<br />
transistorer<br />
2<br />
Antall dioder<br />
Antall<br />
kondensatorer<br />
Antall p<strong>inn</strong>er på<br />
transformatoren<br />
0 0 3<br />
Half bridge 2 0 2 2<br />
Full bridge 4 0 0 2<br />
Single forward 1 1 1 4<br />
Doubble forward 2 2 0 2<br />
De to mest brukte oppsettene er "dobbel forward" og "push-pull". Alle transistorene,<br />
uavhengig av oppsett, er festet <strong>til</strong> kjøleribben på primærsiden av strømforsyningen. På bildet<br />
over ser vi kjøleribben fra en strømforsyning som benytter seg av "dobbel forward". Her sitter<br />
det to transistorer, og som vi ser er det ikke plass <strong>til</strong> flere. I <strong>til</strong>feller der det benyttes "full<br />
bridge"-oppsett, med fire transistorer, benyttes baksiden av kjøleribben.
Push-pull / Half bridge<br />
Full bridge / Single forward<br />
Dobble forward<br />
Dette er som sagt de fem grunnleggende designene. Det som omtales som "sekundærsiden" i<br />
kretsskjemaene er sekundærsiden på strømforsyningen. En isolator er enten i form av en<br />
ekstra transformator eller en optokobler. En optokobler <strong>inn</strong>eholder en lysdiode og en<br />
fotoelektrisk transistor som ikke er fysisk koblet sammen. Siden de ikke er fysisk koblet<br />
sammen, fungerer den som en isolator på lik linje med en transformator.
Transformatorer<br />
Mellom de to kjøleribbene f<strong>inn</strong>er vi to eller tre transformatorer. Den største er<br />
primærtransformatoren, det er her hovedlinjene(+12 V, +5 V og +3,3 V) kommer fra. Den<br />
andre transformatoren brukes for å generere +5 Vsb-linjen. Grunnen <strong>til</strong> at denne linjen har en<br />
helt egnen transformator, er fordi den alltid skal være aktiv, selv om du har skrudd av<br />
maskinen din (standby). På bildet over, og de to neste, har vi fjernet kjøleribbene så det skal<br />
være lettere og se.
Klikk for større versjon<br />
Den minste transformatoren brukes av PWM-kretsen for å isolere primærsiden fra<br />
sekundærsiden <strong>til</strong> strømforsyningen. Om du bare f<strong>inn</strong>er to transformatorer i strømforsyningen<br />
din, er denne erstattet av optokoblere. En optokobler er en liten IC-krets som vi ser på bildet<br />
<strong>til</strong> høyre. Den <strong>inn</strong>eholder en lysdiode og en fotoelektrisk transistor som ikke er fysisk koblet<br />
sammen. Når det settes spenning på lysdioden, aktiverer den fotoelektriske transistoren, <strong>ut</strong>en<br />
at de er i fysisk kontakt.<br />
Pulse Width Modulation<br />
Det fine med en switchmode-strømforsyning er at den jobber kun ved den belastningen som<br />
er nødvendig. Vi gikk igjennom dette i del 1 av guiden, men forklarer det kort her:
Strømforsyningen jobber i løkke, og får beskjed om hvor mye den belastes med, og regulerer<br />
spenningen <strong>inn</strong> <strong>til</strong> transformatorene deretter. Dette skjer ved hjelp av en liten IC-krets som vi<br />
omtaler med akronymet "PWM".<br />
Denne kretsen kombineres ofte med kontroll kretsen <strong>til</strong> den aktive PFC-en, om<br />
strømforsyningen har det. I et slikt <strong>til</strong>felle kaller vi den for en "PFC/PWM Combo"-krets.<br />
Sekundærsiden<br />
Da er vi endelig over på sekundærsiden av strømforsyningen. Det er her spenningen <strong>ut</strong> fra<br />
transformatoren likerettes og filtreres før den sendes <strong>ut</strong> <strong>til</strong> komponentene i maskinen din, altså<br />
de to siste blokkene i skjemaet vårt.
Likeretting<br />
I en strømforsyning f<strong>inn</strong>er vi seks ulike spenningslinjer. Dette er henholdsvis +12 V, +5 V,<br />
+3,3 V, -12 V, -5V og +5 Vsb. -12 V- og -5 V-linjen er negative linjer, og er sjeldent på mer<br />
enn 1 A. Når linjene er så små, kan det brukes helt vanlige dioder <strong>til</strong> likerettingen.<br />
De store linjene, +12 V, +5 V og +3,3 V, benytter en noe mer avansert likeretter. Her benyttes<br />
det effekt-schottky-dioder, hvor to stykker er pakket <strong>inn</strong> i samme komponent. Da trenger man<br />
kun tre terminaler, fremfor fire som det ville ha vært om man brukte to dioder hver for seg.<br />
Disse er veldig like effekt-transistorene i <strong>ut</strong>sende.<br />
To alternativer for likeretting<br />
Likerettingen på de store linjene kan gjøres på to måter, presentert i kretsene over. kretsen <strong>til</strong><br />
venstre viser det alternative vi f<strong>inn</strong>er i de fleste "high-end"-strømforsyninger, mens kretsen <strong>til</strong><br />
høyre er det alternativet "low-end"-strømforsyninger vanligvis velger.<br />
Kretsen <strong>til</strong> høyre krever tre <strong>ut</strong>gangsp<strong>inn</strong>er fra transformatoren, fremfor to som kretsen <strong>til</strong><br />
venstre benytter seg av. I motsetning må spolen i kretsen <strong>til</strong> venstre være fysisk større, noe<br />
som presser prisen opp. Det er derfor de fleste low-end produsenter velger alternativet <strong>til</strong><br />
høyre.<br />
I enkelte strømforsyninger av meget høy kvalitet, parallellkobles to og to effektdioder.<br />
Dermed kan strømforsyningen levere dobbelt så mye strøm som den gjør ved å bruke en<br />
diode. Dette er <strong>til</strong>fellet i strømforsyningen som vi har brukt som "hitgh-end"- eksempel.<br />
Under er det to bilder av kjøleribben på sekundærsiden av strømforsyningen, og som vi ser er<br />
det to pakker med effektdioder <strong>til</strong> +12 V-likeretteren.
Den ene siden av kjøleribben på sekundærsiden<br />
Den andre siden av kjøleribben på sekundærsiden<br />
Alle strømforsyninger har separate likeretter-kretser for +12 V- og +5 V-linjene. +3,3 Vlinjen<br />
derimot, er en annen sak. Her har prdusentene tre oppsett å velge mellom:
Alt #1: Montere på en spenningsregulator på +5 V-<strong>ut</strong>gangen, etter likerettingen er gjort. Dette<br />
er noe de fleste "low-end"-produsenter velger å gjøre for å spare penger, og er ikke å anbefale.<br />
Alt #2: Lage en helt ny likeretter-krets for +3,3 V-linjen, men bruke de samme <strong>ut</strong>gangene på<br />
transformatoren. Det er denne metoden som veldig mange av strømforsyningene på dagens<br />
marked benytter seg av.<br />
Alt #3: Lage en helt uavhengig likeretter-krets, med egne <strong>ut</strong>ganger på transformatoren. Dette<br />
er noe veldig få produsenter gjør, og de gangene det benyttes er det snakk om<br />
strømforsyninger av veldig høy kvalitet.<br />
Sekundærsiden forts.<br />
Klikk for større versjon<br />
Over ser vi et helt normalt bilde av spesifikasjonene <strong>til</strong> en strømforsyning. Som vi ser har +5<br />
V- og +3,3 V-linjen en kombinert <strong>ut</strong>gangseffekt. Grunnen <strong>til</strong> dette er det vi snakket om på den<br />
forrige siden, nemlig alternativene for likerettingen av +3,3 V-linjen. I de fleste <strong>til</strong>feller<br />
benytter linjen seg av de samme <strong>ut</strong>gangene på transformatoren som +5 V-linjen, og den kan<br />
derfor ikke belastes med så mye strøm som den er spesifisert <strong>til</strong>.
Sekundærsiden av en high-end strømforsyning<br />
Enkelte "high-end"-strømforsyninger har montert to eller tre potensiometre på sekundærsiden<br />
av strømforsyningen. Med disse kan du faktisk regulere spenningslinjene et par millivolt opp<br />
eller ned. Når belastningen på en strømforsyning øker, synker spenningen. Med slike<br />
motstander kan man da øke linjen litt igjen. Husk at du i så fall må passe på å skru de ned<br />
igjen når belastningen på strømforsyningen synker.<br />
Det er her vi også f<strong>inn</strong>er generatoren som lager "Power Good"-signalet. Det er her den grå<br />
kabelen i ATX-kontakten kommer fra.
Filtrering<br />
Sekundærsiden <strong>til</strong> en low-end strømforsyning<br />
Alle kondensatorene du f<strong>inn</strong>er på sekundærsiden, som ikke er en del av likerettingen, har som<br />
jobb å filtrere spenningen. Med filtrere mener vi å gjøre den glattere, altså få ned rippelen. På<br />
bildet over har vi klippet vekk alle kablene som går <strong>ut</strong> fra sekundærsiden, så du ser<br />
komponentene lettere. Disse kondensatorene er betydelig mindre enn den vi så i den aktive<br />
PFC-kretsen eller spenningsdobleren.
Oppsummering<br />
Baksiden <strong>til</strong> en "high-end" switchmode-strømforsyning<br />
Da er vi ved veis ende, og har nå forklart deg hva som skal <strong>til</strong> fra <strong>vekselspenning</strong>en går <strong>inn</strong> i<br />
strømforsyningen, <strong>til</strong> den går <strong>ut</strong> som <strong>likespenning</strong> for å mate komponentene i datamaskinen<br />
din.<br />
Det vi nå har gått igjennom er kun det grunnleggende designet <strong>til</strong> en "switchmode"strømforsyning.<br />
Det er veldig mange andre kretser som produsentene legger <strong>inn</strong> alle mulige<br />
steder i løypa, slik som varsellys, viftekontrollere, beskyttelseskretser og mye mer.<br />
Vi takker for følget denne gangen, og håper alle har lært noe. Fremover vil vi bruke denne<br />
guiden som oppslagsverk ved våre tester av strømforsyninger, og håper du vil gjøre det<br />
samme.