1.1khái niệm Nguồn máy tính (tiếng Anh: Power Supply Unit hay PSU) là một thiết bị cung cấp điện năng cho bo mạch chủ, ổ cứng và các thiết bị khác..., đáp ứng năng lượng cho tất cả các thiết bị phần cứng của máy tính hoạt động. Nguồn máy tính là một bộ phận rất quan trọng đối với một hệ thống máy tính, tuy nhiên có nhiều người sử dụng lại ít quan tâm đến. Sự ổn định của một máy tính ngoài các thiết bị chính (bo mạch chủ, CPU, RAM, ổ cứng...) phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn máy tính. Một nguồn chất lượng kém, không cung cấp đủ công suất hoặc không ổn định sẽ có thể gây lên sự mất ổn định của hệ thống máy tính, hư hỏng hoặc làm giảm tuổi thọ các thiết bị khác sử dụng năng lượng của nó cung cấp. Nguồn máy tính là loại nguồn phi tuyến khác với nguồn tuyến tính ở chỗ: • Nguồn tuyến tính (thường cấu tạo bằng biến áp với cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp) cho điện áp đầu ra phụ thuộc vào điện áp đầu vào. • Nguồn phi tuyến cho điện áp đầu ra ổn định ít phụ thuộc vào điện áp đầu vào trong giới hạn nhất định cho phép.
Trang 1Lời giới thiệuTrong cuộc sống hiện đại ngày nay,máy tính chiếm một vai trò quan trọng Nó công cụ làm việc,phương tiện giảng dạy và học tập Bên cạnh đó nó còn là phương tiện giải trí cao.Vì vậy việc tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của máy tính tốt sẽ đưa ra cho ta cách sử dụng
và khắc phục những sự cố trong khi sử dụng máy tính.
Nguôn máy tính là một bộ phận quan trọng đóng vai trò cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động của hệ thống máy tính.Nó duy trì
sự ổn định của cả hệ thống.Trên thực tế có rất nhiều loại nguồn máy tính của các hãng khác nhau.như nguồn ATX, nguồn orient cooler master, nguồn hunkey… tuy nhiên để tìm hiểu kỹ hơn về bộ phận này Dưới đây tôi chỉxin trình bày về cấu tạo cung như nguyên lý hoạt động của khối nguồn ATX của máy tính
Trong thời gian nghiên cứu tìm hiểu tôi xin chân thành cảm ơn
sự quan tâm ,giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của cô giáo Đặng Cẩm Thạch cùng các bạn sinh viên để tôi hoàn thành bài báo cáo này Trong bài báo cáo tuy tôi đã rất cố gắng nhưng không thể tránh được những sai sót rất mong mọi người đóng góp ý khiến để bài báo cáo hoàn chỉnh hơn.xin chân thành cảm ơn!!!
Trang 2Chương I – tìm hiểu về nguồn máy tính
hình 1.1: Một bộ nguồn cho máy tính ATX được tháo vỏ
1.1-khái niệm
-Nguồn máy tính (tiếng Anh: Power Supply Unit hay PSU) là một thiết bị
cung cấp điện năng cho bo mạch chủ, ổ cứng và các thiết bị khác , đáp ứng năng lượng cho tất cả các thiết bị phần cứng của máy tính hoạt động
-Nguồn máy tính là một bộ phận rất quan trọng đối với một hệ thống máy tính, tuy nhiên có nhiều người sử dụng lại ít quan tâm đến Sự ổn định của một máy tính ngoài các thiết bị chính (bo mạch chủ, CPU, RAM, ổ cứng ) phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn máy tính Một nguồn chất lượng kém, không cung cấp đủ công suất hoặc không ổn định sẽ có thể gây lên sự mất ổn định của hệ thống máy tính, hư hỏng hoặc làm giảm tuổi thọ các thiết bị khác sử dụng năng lượng của
nó cung cấp
-Nguồn máy tính là loại nguồn phi tuyến khác với nguồn tuyến tính ở chỗ:
Trang 3• Nguồn tuyến tính (thường cấu tạo bằng biến áp với cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp) cho điện áp đầu ra phụ thuộc vào điện áp đầu vào.
phụ thuộc vào điện áp đầu vào trong giới hạn nhất định cho phép
1.2- các nguồn điện cung cấp cho linh kiện máy tính
-Trước hết, xin giải thích một chút về năng lượng được sử dụng trong máy
tính: Cũng như mọi thiết bị sử dụng điện năng khác, máy tính được cung cấp bằng các nguồn điện dân dụng thông thường, có nghĩa là các loại điện áp tuỳ theo đặc thù lưới điện của từng quốc gia: Ví dụ:
• Điện áp: 220 V, xoay chiều, tần số 50 Hz ở một số nước Đông Âu, Việt Nam
• Điện áp 110 V, xoay chiều, 60 Hz ở Đài Loan, Nhật Bản, Hoa Kỳ
-Bất kỳ một thiết bị sử dụng điện năng nào cũng có thể lấy điện từ lưới điện dân dụng, đó như một sự hiển nhiên Như vậy có phải các thiết bị khác trong máy tính cũng sử dụng được với nguồn dân dụng hay không?Trường hợp này là không, bởi vì lúc này coi toàn bộ các thiết bị nằm bên trong máy tính chính là một thiết bị duy nhất Các linh kiện bên trong máy tính không thể sử dụng các mức điện áp của lưới điện dân dụng bởi các linh kiện này được thiết kế khá nhỏ, không có các thiết bị tự động chuyển đổi điện áp nên có một thiết bị chuyên cung cấp điện cho chúng như khối nguồn máy tính là một sự tất nhiên
-Bởi các linh kiện sử dụng trong máy tính sử dụng với các mức điện áp khác nhau, với các mức công suất khác nhau nên các nguồn máy tính phải đảm bảo cung cấp toàn bộ các mức điện áp đó, và điều tiết công suất cho các đường điện áp khác nhau một cách linh hoạt trong một phạm vi nhất định theo thiết kế của từng nguồn riêng biệt Các mức điện áp thường là: +12V, - 12V, +5V,
+3,3V lưu ý toàn bộ các mức điện áp này đều là một chiều
Trang 41.2.1-Nguồn điện một chiều lý tưởng
-Nguồn điện một chiều lý tưởng là các nguồn cung cấp điện áp bằng phẳng,
có điện trở trong bằng 0 ôm (ohm) Tất cả các thiết bị sử dụng điện một chiều sẽ hoạt động tốt nhất đối với nguồn điện này nếu chúng tương ứng về điện áp
-Điều này có nghĩa là thế nào?tại sao lại có nội điện trở bằng 0 ? Có lẽ
chúng ta đã nhớ rằng kiến thức phổ thông cho thấy rằng hiệu điện thế cung cấp cho mạch điện phụ thuộc vào suất điện động của pin, điện trở mạch ngoài và nội điện trở của pin Nếu như nội điện trở bằng 0 thì hiệu điện thế đầu ra là một hằng
số không đổi, cho dù dòng điện tiêu thụ có lớn bằng bao nhiêu đi chăng nữa -Tất nhiên, chẳng có một nguồn nào đạt mức lý tưởng như vậy, bởi lẽ không thể sinh ra một dòng điện cỡ vài tỷ A được Nhưng xét trong một giới hạn sử dụng với cường độ dòng điện đến định mức nào đó thì nguồn máy tính phải cố gắng đạt được một mức gần như lý tưởng
1.2.2- Nguồn điện một chiều truyền thống
-Ta thẩy rằng có các loại nguồn điện một chiều truyền thống như sau: Dùng một biến áp để biến đổi dòng điện xoay chiều dân dụng xuống mức điện áp sử dụng cho máy tính, ví dụ 12V, rồi dùng các đi ốt để nắn thành dòng một chiều,
và cung cấp cho máy tính sử dụng Tại sao không nhỉ? Đây là một cách đơn giản
mà tôi nghĩ rằng nhiều người đọc bài này có thể thực hiện được với các kiến thức phổ thông
-Tuy nhiên, xét kỹ vấn đề này thì chúng ta cần thêm một yếu tố nữa: Các dòng điện tiêu thụ trong các máy tính là rất lớn, ví dụ đường điện áp 12V có thể cần đến 18A hoặc lớn hơn Với phương thức cấp nguồn trên thì để cấp được một dòng điện cỡ này sẽ cần các sợi dây thứ cấp khá lớn (hoặc quấn chập nhiều sợi dây nhỏ lại để có thể cho phép một dòng điện lớn như vậy chạy qua mà chúng không quá nóng) Kèm theo các yêu cầu này là biến áp phải có các khe lớn hoặc kích thước lớn để giảm số vòng dây cuốn thứ cấp, do đó sẽ tạo ra một hệ thống
Trang 5nguồn rất lớn, chúng chỉ có thể lắp bên ngoài máy tính mà không thể đặt vào bên trong máy tính được chính bởi kích thước đó
Hình 1.2: bộ nguồn máy tính ATX
-Không những thế, việc
sử dụng các biến
áp thông thường sẽ gây ra một mức điện áp đầu ra hoàn toàn phụ thuộc vào mức điện áp đầu vào bởi các biến áp này có đặc tính điện áp tuyến tính Nếu thay đổi điện áp đầu vào - sẽ có thay đổi mức điện áp đầu ra, giả sử cần đến mức điện áp tiêu thụ đầu ra ổn định thì lại cần đến một thiết kế biến áp tự thay đổi số vòng dây đầu vào (hoặc đầu ra) mà các cuộn này phải độc lập nhau (để đảm bảo an toàn) với cơ chế hoạt động giống như các bộ ổn định điện áp thông thường (ví dụ như các bộ ổn áp hiệu LiOA mà chúng ta quen sử dụng) Hoặc nếu không, phải thiết kế một mạch ổn định điện áp đầu ra
-Và, đường đó mới là nói đến một mức điện áp 12V, mà máy tính của chúng
ta lại cần sử dụng nhiều hơn các mức điện áp này, cụ thể là cần đến +5V (hoặc thậm chí là đường -12V nữa) Ta thấy rằng đáp ứng được các yêu cầu này thì thiết kế cung cấp điện một chiều thông thường sẽ khó mà đáp ứng được với một không gian giới hạn
Trang 6hình 1.3: vi mạch của một bộ nguồn ATX
1.3-Các loại nguồn máy tính
-Nguồn máy tính có thể có các loại dành cho các máy tính cá nhân để bàn, các máy chủ, và các máy tính xách tay
• Nguồn máy tính dành cho các máy tính để bàn (Desktop Computer): Bạn
có thể dễ nhận thấy rằng nó là một bộ phận có rất nhiều đầu dây dẫn ra khỏi
nó và được cắm vào bo mạch chủ, các ổ đĩa, thậm chí cả các bo mạch đồ hoạ cao cấp
• Ở máy chủ, nguồn có dạng tương tự như máy tính để bàn, tuy nhiên chúng còn có các biến thể khác dành cho các loại máy chủ có khả năng tháo lắp
Trang 7nóng (tháo, thay thế nguồn mà máy chủ vẫn làm việc bình thường - thông thường các loại máy chủ này có đồng thời từ hai nguồn trở lên)
• Ở máy tính xách tay nó có dạng một hộp nhỏ có hai đầu dây, một đầu nối với nguồn điện dân dụng, một đầu cắm vào máy tính xách tay Đặc điểm khác biệt nhất ở máy tính xách tay là các nguồn này chỉ cung cấp một loại điện áp một chiều Mức điện áp này cũng khác thường, chúng là một tham
số cố định trong khoảng từ 15V cho đến 24V tuỳ theo từng hãng sản xuất máy tính xách tay khác nhau
-Mặc dù có thể đến ba dạng nguồn nêu trên, nhưng các nguồn máy tính có chung các nguyên lý làm việc Trong bài này ta đề cập nhiều hơn đến các nguồn máy tính cho máy tính để bàn, lấy nó làm mục đich chính để mổ xẻ bởi nó tiêu biểu nhất trong số các nguồn máy tính
1.4-chuẩn kích thước
-Cũng như các linh kiện khác, các loại nguồn máy tính phải được thống nhất
về các chuẩn kích thước đối với từng loại Điều này nhằm giúp chúng có thể phù hợp với các loại bo mạch chủ và các vỏ máy tính khác nhau
-Nếu liệt kê từ khi lịch sử máy tính cá nhân ra đời, có lẽ có rất nhiều loại nguồn với các chuẩn khác nhau, tuy nhiên phần lớn các loại nguồn quá cũ đã trở lên lỗi thời, không còn được sử dụng nữa Bảng dưới đây cho thấy một số loại nguồn đó:
Bảng sau đây cho thấy một số chuẩn kích thước ở các nguồn hiện đại, xuất hiện trong vòng một thập kỷ gần đây.
Chuẩn kích thước nguồn lỗi thời
Nă m giới thiệ u
Kiểu kết nối
Sử dụng với các
bo mạch chủ
T PC/XT,
Baby-AT
Trang 8Full-Chuẩn kích thước nguồn lỗi thời
Nă m giới thiệ u
Kiểu kết nối
Sử dụng với các
bo mạch chủ
size
AT, Baby- AT
Full-size
AT, Baby- AT
Full-size
AT, Baby- AT LPX
Sử dụng với các chuẩn
bo mạch chủ
Trang 9V ATX/ATX12V microBTX
SFX/SFX12
20/24-chân ATX/ATX12V
microATX, FlexATX, microBTX, picoBTX, Mini-ITX
EPS/EPS12
ATX/ATX12V ATX, extended ATX
ATX12V microATX, FlexATX, microBTX, picoBTX, Mini-ITX
Chương II- Nguyên lý hoạt động của nguồn ATX
Trang 102.1-sơ đồ nguyên lý và sơ đồ khối của khối nguồn ATX
Hình 2.1: sơ đồ nguyên lí của bộ nguồn máy tính (nguồn ATX)
Trang 11Hình 2.2: sơ đồ khối của nguồn ATX
2.2-Các khối chính trong nguồn ATX
2.2.1-Mạch lọc nhiễu và chỉnh lưu
Hình 2.3: Mạch lọc nhiễu và chỉnh lưu
Trang 12- Mạch lọc nhiễu - Có chức năng lọc bỏ nhiễu cao tần bám theo đường dây điện AC 220V, không để chúng lọt vào trong bộ nguồn và máy tính gây hỏng linh kiện và gây nhiễu trên màn hình, các nhiễu này có thể là sấm sét, nhiễu công nghiệp v v…
- Mạch chỉnh lưu - Có chức năng chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành một chiều, sau đó điện áp một chiều sẽ được các tụ lọc, lọc thành điện áp bằng phẳng
2.2.2-Nguồn cấp trước (Stanby)
Hình 2.4: Nguồn cấp trước - Stanby
- Nguồn cấp trước có chức năng tạo ra điện áp 5V STB (điện áp cấp trước) để cung cấp cho mạch khởi động trên Mainboard và cung cấp 12V cho mạch dao động của nguồn chính
- Ở trên Mainboard, điện áp 5V STB cấp trước đi cấp trực tiếp cho các IC- SIO và Chipset nam
- Trên bộ nguồn, IC dao động của nguồn chính cũng được cấp điện áp
thường xuyên khi nguồn Stanby hoạt động, nhưng IC dao động chỉ hoạt động khi lệnh P.ON có mức logic thấp (=0V)
Trang 132.2.3- Nguồn chính (Main Power)
Hình 2.5: Mạch nguồn chính
- Nguồn chính có chức năng tạo ra các mức điện áp chính cung cấp cho
Mainboard đó là các điện áp 12V, 5V và 3,3V, các điện áp này cho dòng rất lớn
để có thể đáp ứng được toàn bộ hoạt động của Mainboard và các thiết bị ngoại vi gắn trên máy tính, ngoài ra nguồn chính còn cung cấp hai mức nguồn âm là -12V
và -5V, hai điện áp âm thường chỉ cung cấp cho các mạch phụ
2.2.4-Mạch bảo vệ (Protech)
- Mạch bảo vệ có chức năng bảo vệ cho nguồn chính không bị hư hỏng khi phụ tải bị chập hoặc bảo vệ Mainboard khi nguồn chính có dấu hiệu đưa ra điện
áp quá cao vượt ngưỡng cho phép
- Lệnh P.ON thường đi qua mạch bảo vệ trước khi nó được đưa tới điều khiển
IC dao động, khi có hiện tượng quá dòng (như lúc chập phụ tải) hoặc quá áp (do nguồn đưa ra điện áp quá cao) khi đó mạch bảo vệ sẽ hoạt động và ngắt lênh P.ON và IC dao động sẽ tạm ngưng hoạt động
Trang 14Hình 2.6: Mạch bảo vệ
Trang 15Hình 2.7: Bốn nhóm chính của bộ nguồn ATX (trong các đường đứt nét)
2.3-Phân tích các hoạt động của nguồn ATX ở sơ đồ trên :
2.3.1-Khi ta cắm điện
-Khi ta cắm điện cho bộ nguồn ATX, điện áp xoay chiều sẽ đi qua mạch lọc nhiễu để loại bỏ nhiễu cao tần sau đó điện áp được chỉnh lưu thành áp một chiều thông qua cầu đi ốt và các tụ lọc lấy ra điện áp 300V DC
-Điện áp 300V DC đầu vào sẽ cung cấp cho nguồn cấp trước và nguồn chính, lúc này nguồn chính chưa hoạt động
-Ngay khi có điện áp 300V DC, nguồn cấp trước hoạt động và tạo ra hai điện áp:
-Điện áp 12V cấp cho IC dao động và mạch bảo vệ của nguồn chính
Trang 16-Điện áp 8V sau đó được giảm áp qua IC- 7805 để lấy ra nguồn cấp trước 5V STB đưa xuống Mainboard
2.3.2-Khi bật công tắc PWR trên Mainboard
-Khi bật công tắc PWR trên Mainboard, khi đó lệnh P.ON từ Mainboard đưa lên điều khiển sẽ có mức Logic thấp (=0V), lệnh này chạy qua mạch bảo vệ sau
đó đưa đến điều khiển IC dao động
- IC dao động hoạt động tạo ra hai xung dao động được hai đèn đảo pha
khuếch đại rồi đưa qua biến áp đảo pha sang điều khiển các đèn công suất
- Các đèn công suất hoạt động sẽ điều khiển dòng điện biến thiên chạy qua cuộn sơ cấp của biến áp chính, từ đó cảm ứng sang bên thứ cấp để lấy ra các điện
áp đầu ra
- Các điện áp đầu ra sau biến áp sẽ được chỉnh lưu và lọc hết gợn cao tần thông qua các đi ốt và bộ lọc LC rồi đi theo dây cáp 20 pin hoặc 24pin xuống cấp nguồn cho Mainboard
- Mạch bảo vệ sẽ theo dõi điện áp đầu ra để kiểm soát lệnh P.ON, nếu điện áp đầu ra bình thường thì nó sẽ cho lệnh P.ON duy trì ở mức thấp đưa sang điều khiển IC dao động để duy trì hoạt động của bộ nguồn, nếu điện áp ra có biểu hiện quá cao hay quá thấp, mạch bảo vệ sẽ ngắt lệnh P.ON (bật lệnh P.ON lên mức logic cao) để ngắt dao động, từ đó bảo vệ được các đèn công suất không bị hỏng, đồng thời cũng bảo vệ được Mainboard trong các trường hợp nguồn ra tăng cao
Sơ đồ chi tiết của một bộ nguồn ATX
Trang 17hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý nguồn ATX
Chương III-Kết nối đầu ra và quy ước màu dây
Trang 18• Đầu cắm cấp nguồn cho CPU (+12V Power Connector): Có hai loại: Loại 4 chân và loại 8 chân (thông dụng là 4 chân, các nguồn mới thiết kế cho các bo mạch chủ đời mới sử dụng loại 8 chân
ATA) (Peripheral Connector): Gồm 4 chân
Gồm 4 dây
Gồm sáu hoặc 8 chân
(Một số đầu cắm khác đã có ở các nguồn thế hệ cũ (chuẩn AT) đã được loại bỏ trên mười năm, không được đưa vào đây)
-Các đầu cắm cho bo mạch chủ và thiết bị ngoại vi được nối với các dây dẫn màu để phân biệt đường điện áp, thông thường các dây dẫn này được hàn trực tiếp vào bản mạch của nguồn Tuy nhiên có một số nhà sản xuất đã thay thế việc hàn sẵn vào bản mạch của nguồn bằng cách thiết kế các đầu cắm nối vào nguồn Việc cắm nối có ưu điểm là loại bỏ các dây không cần dùng đến để tránh quá nhiều dây nối trong thùng máy gây cản trở luồng gió lưu thông trong thùng máy, nhưng theo tôi thì nó cũng có nhược điểm: Tạo thêm một sự tiếp xúc thứ hai trong quá trình truyền dẫn điện, điều này làm tăng điện trở và có thể gây nóng, tiếp xúc kém dẫn đến không thuận lợi cho quá trình truyền dẫn
3.2 -Quy ước màu dây
Quy ước chung về các mức điện áp theo màu dây trong nguồn máy tính như sau:
Màu dây Tín hiệu
Trang 19Màu dây Tín hiệu
Red +5V 19 9 +5VSB (Standby) Purple
• Màu đen (black): Dây chung, Có mức điện áp quy định là 0V; Hay còn gọi
là GND, hoặc COM Tất cả các mức điện áp khác đều so với dây này
• Màu cam (Orange): Dây có mức điện áp: +3,3 V
• Màu đỏ (Red): Dây có mức điện áp +5V
• Màu vàng (Yellow): Dây có mức điện áp +12V (thường quy ước đường +12V thứ nhất đối với các nguồn chỉ có một đường +12V)