СТЕНД ДЛЯ ПРОВЕРКИ, ТЕСТИРОВАНИЯ И АНАЛИЗА КОМПЬЮТЕРНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ
STAND FOR INSPECTION, TEST AND ANALYSIS OF COMPUTER POWER SUPPLY UNITS

Изобретение относится к области испытания компьютерной техники и может быть использовано для проверки, тестирования и анализа компьютерных блоков питания (далее БП) на предмет соответствия их нагрузочных характеристик заявленным производителем, а также спецификации ATX.
Актуальность проверки компьютерных блоков питания не только сохраняется, но даже увеличивается в связи с резко возросшим использованием компьютеров в промышленности и увеличением степени интеграции компьютеров с регулирующей техникой.
Современные блоки питания для компьютера представляют собой довольно сложные устройства. Только основных электрических характеристик больше десятка, а есть еще шумовые, тепловые, массогабаритные. Все блоки питания стандарта ATX являются импульсными преобразователями с различными вариациями схемных решений, но с единым принципом работы. Без специального оборудования, в виде управляемых нагрузок, осциллографа и некоторых других устройств невозможно протестировать соответствие стандарту характеристик, указанных на наклейке и в паспорте блока питания.
Все основные характеристики и требования в той или иной степени описаны в документах, известных как ATX12V Power Supply Design Guide Version 2.2, SSI EPS12V Power Supply Design Guide Version 2.91 и аналогичных. Эта документация предназначается производителям блоков питания для обеспечения совместимости их аппаратуры с общепринятым стандартом ATX. Сюда входят геометрические, механические и, конечно же, электрические характеристики устройств. Вся документация доступна в открытом виде в сети Internet (ATX12V PSDG/SSI EPS PSDG).
Острой в последние годы стала проблема выявления характеристик блоков питания в связи с усиленным эксплуатированием компьютеров. При этом проверять требуется большие партии компьютеров за одну-две недели. Другой проблемой является оборудование для функциональной проверки блоков питания типа ATX.
В наши дни есть достаточно много тестеров, предусматривающих функциональный и параметрический контроль, однако, они либо состоят из набора нескольких приборов, которые работают последовательно, либо достаточно сложны в обслуживании и измерении, так как требуют написания специальных компьютерных программ.
Для полноценного тестирования блока питания недостаточно просто измерить вольтметром напряжение на выходах. Это лишь может показать отсутствие явных и серьезных проблем в работе блока питания, но не более того. Основная проблема обеспечения качественного питания обычно заключается в неспособности блока питания выдавать нужный ток для каждой компоненты компьютера, либо чрезмерном отклонении напряжений от номинала. Всевозможные вариации тестирования «методом вольтметра» могут лишь показать, что компьютер способен работать на конкретно взятой нагрузке, в конкретный момент времени, но абсолютно не показывает, насколько большую мощность в реальности может выдать блок питания, и не показывает, что случится с блоком питания, если нагрузка превысит допустимую мощность.
Для проведения тестирования и выяснения технических характеристик каждый блок питания подключается к специальному стенду, который позволяет одновременно измерять уровни напряжения и тока на всех выходных каналах в автоматическом режиме. Перед тестированием на стенде все блоки питания разбираются, фотографируются, проверяется качество пайки и монтажа, осматриваются компоненты на платах на предмет дефектов. В случае наличия, описываются в статье, со ссылкой на тот факт, что один конкретно взятый блок может оказаться бракованным, как и любое другое сложное электронное оборудование. Также всегда приводится фотография наклейки блока питания, с допустимыми величинами мощности по всем каналам. Если плотность монтажа позволяет, проводится обзор примененной элементной базы и особенности схематических решений. Часто встречается ситуация, когда компании сами не разрабатывают, а только продают блоки питания сторонней разработки OEM-компаний. Это обычно можно определить по коду сертификата UL, он редко скрывается и наносится на наклейке с основными параметрами, и выглядит как "E123456". Примером использования данного принципа является OCZ, Tagan, ThermalTake и другие. Определить принадлежность кода к названию производителя можно на сайте UL Online Certifications Directory, задав поиск по коду с наклейки в графе UL File Number.
Наиболее близкое известное аналогичное решение описано в патенте US 8330448, МПК G01R 1/00, 11.12.2012. Это система для тестирования эффективности преобразования блока питания (см. рис.1), которая включает в себя измеритель мощности, множество переключателей, мультиметр, блок микроконтроллера (MCU), компьютер и схему преобразования сигнала для коммуникативного подключения микроконтроллера к компьютеру.
Измеритель мощности может измерять входную мощность, подаваемую на источник питания. Переключатели включаются и выключаются в соответствии с заданной последовательностью на компьютере. Мультиметр выполнен с возможностью измерения выходной мощности источника питания. Компьютер способен считывать данные измерения от измерителя мощности и мультиметра, рассчитывая эффективность преобразования блока питания.
Система включает:
10 MCU микроконтроллер, управляющий блоком реле
20 PSU тестируемый блок питания
30 Центр контроля переключения реле
40 Измеритель мощности
50 Источник переменного тока
60 Компьютер
70 Электронная нагрузка
80 Мультиметр
Общими признаками предлагаемого стенда и схемы по прототипу (патент США №8330448) являются:
- наличие блока электронной нагрузки для испытания блока питания в разных режимах нагрузки;
- наличие мультиметра для измерения выходных напряжений, сил тока и мощности.
Однако аналогичное устройство по прототипу имеет следующие недостатки:
- оно работоспособно только в паре с персональным компьютером;
- необходима специальная программа для проведения тестирования блока питания;
- используется сложная релейная схема под управление микроконтроллера, предназначена для коммутации одноканального мультиметра к контрольным точкам, увеличивается время измерения показаний.
Указанные недостатки были устранены в процессе разработки тестера по заявляемому изобретению.
Задачей данного изобретения является создание простой и дешевой системы тестирования блоков питания компьютеров, в которой уже заложены быстрые алгоритмы поиска несоответствий в показаниях вольтметра, амперметра и ваттметра, и которая включает как измерительный блок (мультиметр), так и силовой, что позволяет осуществлять программу тестирования быстро и без использования дополнительных измерительных приборов.
Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение функциональных возможностей, возможность быстро и непрерывно осуществлять полный функциональный контроль блоков питания, сокращение времени испытаний, а также удешевление самой конструкции и снижение энергопотребления.
Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что система функционального тестирования блоков питания включает измерительный блок (мультиметр), который состоит из вольтметра, амперметра и ваттметра, которые реализованы с помощью микроконтроллера фирмы Microchip PIC 16F886, при этом с помощью встроенного 10-канального, 10-битного АЦП производятся измерения напряжения и силы тока тестируемого компьютерного блока питания, а ваттметр реализован программно, путем перемножения показателей вольтметра и амперметра, а также силовой блок, который предоставляет динамическую нагрузку для основных каналов тестируемого блока питания (12B, 5B, 3,3B), статическую нагрузку для дежурного питания тестируемого блока питания, индикацию сигнала Power Good и схему включения тестируемого блока питания.
Заявляемое изобретение представляет собой стенд для проверки, тестирования и анализа компьютерных блоков питания (см. рис.2), состоящий из блока электронной нагрузки для испытания блока питания в разных режимах нагрузки и многоканального мультиметра для измерения выходных напряжений, силы тока и мощности, при этом стенд дополнительно содержит жидкокристаллический экран, подключенный к микроконтроллеру измерительного блока, измерительный блок, состоящий из 4-канального вольтметра и 3-канального амперметра, при этом вольтметр параллельно подключен к линиям динамической электронной нагрузки 12B, 5B и 3.3B и к линии Standby power 5B статической электронной нагрузки, а амперметр последовательно соединен с линиями динамической электронной нагрузки 12B, 5B и 3.3B, кнопку сброса программы, соединенную с микроконтроллером измерения измерительного блока, управление динамической нагрузкой ручное, раздельное для каждого канала 12B, 5B и 3.3B, соединенное с затворами силовых полевых транзисторов соответствующих каналов, кнопку включения и кнопку выключения тестируемого блока питания, соединенные со схемой включения, основанной на релейной схеме, реле в схеме включения, подключенное к линии PS-ON, индикатор сигнала Power Good световой, соединенный с линией Power Good.
В стенд для тестирования по заявляемому изобретению дополнительно заложены отличительные следующие конструктивные особенности:
- полностью автономное устройство для тестирования компьютерного блока питания (БП);
- жидкокристаллический экран, отображающий все характеристики тестируемого БП;
- управление нагрузкой ручное, раздельное поканальное, что дает возможность в процессе тестирования локализовать неисправность;
- статическая нагрузка для дежурного питания;
- схема включения реализована на релейной схеме, которая не использует ресурсы микроконтроллера;
- индикация сигнала Power Good;
- кнопка включения;
- кнопка выключения тестируемого блока питания;
- кнопка сброса программы.
Работа стенда происходит следующим образом: на экране жидкокристаллического индикатора высвечивается надпись Dezhurnoe pitanie 00.00V, подключаем блок питания к разъемам XS1 и XS2 (см. рис.3.). Измеряем напряжение дежурного питания в режиме холостого хода, которое должно составлять 5B. Нажатием на кнопку SA3 (см. Рис.4.) подключаем статическую нагрузку для дежурного питания. Сравниваем напряжения под нагрузкой и без нее, отклонение не должно превышать 3%. Если напряжение дежурного питания в норме, нажимаем кнопку SA1 Старт. Схема включения тестируемого блока питания реализует замыкание сигнала PS-ON на массу, при этом происходит запуск тестируемого блока питания, и загорается индикатор VD3 оранжевый. Если блок питания вырабатывает сигнал Power Good, загорается индикатор VD2 зеленый. На экране индикатора наблюдаем показания: напряжений по каналам 12B, 5B, 3.3B и 5B дежурного питания; амперметра по каналам 12B, 5B, 3.3B; общая мощность тестируемого блока питания. Перемещение ползунков переменных сопротивлений R36-R38 управляем затворами силовых полевых транзисторов, тем самым изменяя нагрузки в цепях тестируемого блока питания. Постепенно повышаем нагрузку на каналах 12B, 5B и 3.3B до заявленных производителем номиналов и выше, до аварийного отключения. Аварийное отключение блока питания выполняется схемой защиты самого тестируемого блока питания. Схема защиты анализирует выходные напряжения блока питания, при несоответствии которых отключает блок питания. После срабатывания защиты тестируемого блока питания на экране индикатора сохраняются показания, при этом загорается индикатор VD1 красного цвета. Программа завершила свою работу. Показания сравнивают с заводскими данными на этикетки тестируемого блока питания, и делаются выводы о качестве тестируемого блока питания.
При использовании заявляемого стенда не требуется составлять программу, формирующую сигналы и контролирующую выводы испытуемого блока питания, а алгоритмы тестирования уже заложены в программу микроконтроллера и требуется только вручную задать нагрузку для каждого канала тестируемого блока питания.
Данное устройство является незаменимым инструментом при ремонте импульсных компьютерных блоков питания, повышая качество и надежность произведенного ремонта.