Tester PC zdrojů
Čím dál, tím více se setkávám s opravami PC zdrojů. A každý PC zdroj je vhodné po opravě řádně otestovat.
Do této chvíle jsem si musel vystačit s testerem PC zdrojů z Aliexpressu, který po připojení zdroj spustí, měří jednotlivá výstupní napětí zdroje, čas signálu Power Good (což je velmi užitečné) a lze v něm otestovat i jednotlivé napájecí kabely zdroje. Pro rychlý test to stačí, nicméně když chcete mít jistotu, že je zdroj v pořádku a že zvládne pracovat i v zátěži, je namístě zdroj v nějaké zátěži otestovat 🙂 K tomu jsem používal starý počítač, nicméně ten tvořil zátěž možná 100 W a nebylo možné zatěžovat dle potřeby například jen jednu větev zdroje.
Na základě toho jsem se rozhodl, že si postavím vlastní zátěžový tester, který bude při opravách PC zdrojů doplňovat tester zdrojů z Aliexpressu.
Požadavky na zátěžový tester PC zdrojů
- tester musí být kompaktní – ideálně se musí vejít do běžné krabičky od PC zdroje, podobně jako mých umělých odporových zátěží
- připojení testeru ke zdroji musí být řešeno přes standardní konektory ATX zdrojů, aby bylo připojení a odpojení testovaného zdroje rychlé a jednoduché
- pomocí testeru musím být schopen zatížit všechny 3 hlavní větve zdroje: +3V3, +5 V, +12 V
- tester musí umět zatížit větve +3V3 a +5 V zhruba na 20 A (i zdroje s výkonem kolem 1 kW mají maximální proudy na těchto větvích mezi 20 – 25 A, větší zátěž by neměla význam) a větev +12 V co možná nejvíce 🙂
- změna zátěže musí být kroková, aby bylo zřejmé, jaké je aktuální zatížení zdroje a aby nebylo nutné měření proudu nebo cejchování plynulé stupnice a navíc plynulá zátěž by musela být řešena elektronicky, byla by složitá a potenciálně méně spolehlivá
- tester by mohl umět měřit jednotlivá napětí zdroje, aby bylo možné lépe kontrolovat chování zdroje při zátěži
Parametry zátěžového testeru PC zdrojů
Dle požadavků se mi podařilo vymyslet tester s následujícími parametry:
- tester se ke zdroji připojí pomocí konektoru ATX 24 pin a konektoru CPU 4 pin
- tester obsahuje vypínač, kterým lze zdroj kdykoli zapnout nebo vypnout – lze testovat náběh zdroje do plné zátěže apod.
- přepínání zátěží zdroje se provádí pomocí čtyřpolohových otočných přepínačů, přičemž první poloha je bez zátěže
- každou větev zdroje lze zatěžovat samostatně, a to od nuly až po maximum, v definovaných krocích:
- +3V3: 1. poloha: 0 A, 2. poloha: 6 A, 3. poloha: 12 A, 4. poloha: 18 A
- +5 V: 1. poloha: 0 A, 2. poloha: 6 A, 3. poloha: 12 A, 4. poloha: 18 A
- +12 V: 1. poloha: 0 A, 2. poloha: 10 A, 3. poloha: 20 A, 4. poloha: 30 A – větší zátěž by se bohužel do skříňky od PC zdroje nevešla
- maximální zátěž testeru pro zdroj je 510 W
- tester obsahuje modul s procesorem, který měří napětí jednotlivých větví zdroje. Napájí se z větve +5 VSB, takže se při provozu zároveň otestuje i tato větev, byť jen s minimální zátěží.
- tester je vestavěn do dvou skříněk od PC zdrojů, ve kterých jsou zátěžové rezistory a do jedné krabičky, vytisknuté na 3D tiskárně, do které je schován modul s měřičem napětí
Ovládání zátěžového testeru PC zdrojů
Ovládací prvky testeru jsou umístěny v horní krabičce, vytisknuté na 3D tiskárně.
Po připojení zdroje pomocí konektorů a zapnutí vypínače na zdroji, by měl naběhnout pomocný zdroj. V tu chvíli se zapne i měřič napětí v testeru, který je z pomocného zdroje napájen a začne měřit napětí jednotlivých větví testovaného zdroje. Všechna napětí kromě +5 VSB by v tuto chvíli měla být na nule.
Nyní je možné zdroj zapnout horním vypínačem. Tímto vypínačem je možné zdroj i kdykoli vypnout, třeba při plné zátěži a otestovat tak chování zdroje v tomto režimu. Po zapnutí zdroje by měla naběhnout napětí ve všech větvích a roztočit se ventilátory v zátěži. Pomocí otočných přepínačů lze nyní volit velikost zátěže zdroje, která je navíc signalizována pomocí LED diod, umístěných vedle přepínačů.
Po skončení testování zdroje je vhodné vrátit všechny přepínače do 1. polohy, tj. bez zátěže, ale zdroj ještě nevypínat a nechat několik minut tester dochladit. A zdroj vypnout ideálně až poté.
Popis stavby zátěžového testeru PC zdrojů
Po promyšlení maximálního výkonu zátěže mi bylo jasné, že do jedné skříňky od PC zdroje se celý tester nevejde, nicméně já to do těchto rozměrů dostat chtěl. Shodou okolností se ke mě krátce před tím dostaly dva zdroje Corsair s ustřihanými kabely. Přemýšlel jsem co s nimi, ale po chvilce bylo rozhodnuto – tester vestavím do dvou skříněk od těchto zdrojů, které na sebe přišroubuji. Další výhodou PC skříněk je možnost využít vestavěné ventilátory k aktivnímu chlazení testeru (viz umělé odporové zátěže).
Výkonová část - výběr rezistorů
Výběr rezistorů do testeru byl jednoduchý:
- +3V3 / 6 A -> 0,55 Ω / > 20 W
- +5 V / 6 A -> 0,83 Ω / > 30 W
- +12 V / 10 A -> 1,2 Ω / > 120 W
Rezistory pro zátěž +3V3 a +5 V jsem našel doma, ale na +12 V jsem musel objednat. Objednal jsem rezistory 12 Ω / 15 W od SR PASSIVES s tím, že jich zapojím vždy 10 paralelně. Samozřejmě je třeba mít na paměti, že při paralelním spojení deseti rezistorů na velmi nízký odpor se projeví i odpor propojek mezi rezistory a také odpor přívodních vodičů. Výsledkem toho bude, že celkový odpor bude jistě vyšší než kalkulovaných 1,2 Ω. Odpor přívodních vodičů se projeví též ještě výrazněji i u rezistorů pro +3V3 a +5 V. Ale vzhledem k tomu, že ani ostatní rezistory nebudou mít přesné hodnoty a výstupní napětí jednotlivých větví PC zdrojů navíc mají širokou toleranci (±5 %), není tato odchylka nijak podstatná.
Výkonová část - spínače zátěží
Spínání zátěžových rezistorů byl vzhledem k velkým proudům asi největší „problém“ celého testeru. Chtěl jsem, aby byl tester co nejmenší, a proto nepřipadalo použití velkých páčkových přepínačů v úvahu. Na každou zátěž by byl potřeba jeden přepínač. Celkově by v testeru bylo 9 přepínačů. Všechny ostatní možnosti, které mě napadly a které počítaly se spínáním zátěže přímo přepínači, se ukázaly jako nevhodné kvůli jejich rozměrům.
Nakonec jsem dospěl k závěru, že nejlepší bude spínat zátěže výkonnými FETy a ty ovládat pomocí malých otočných přepínačů, které jsem měl navíc doma.
Navrhl jsem malou DPS se třemi FETy, každý pro jednu zátěž jedné větve zdroje. FETy spínají zátěžové rezistory proti GND. Na pozici FETů jsem použil své oblíbené PSMN, konkrétně typ PSMN0R9-30YLD. Jde o logic-level FETy, takže je možné je spínat napětím +5 VSB. Tyto FETy mají při spínání napětím 4,5 V odpor kanálu maximálně 1,1 mΩ, což při proudu 10 A znamená ztrátový výkon pouhých 110 mW.
Měřič napětí zdroje - elektronika
Původní myšlenka byla taková, aby měřič napětí jednotlivých větví testovaného zdroje měřil se stejnou přesností jako tester z Aliexpressu. To se záhy ukázalo složité, vzhledem k nutnosti měření napětí pod zátěží. Aby bylo měření přesné a mělo smysl, musel by být měřič napětí zapojen přímo do vstupního konektoru testeru, aby měření nezahrnovalo úbytek napětí na přívodních vodičích. Ne, že by to nešlo 🙂 , ale mechanicky jednodušší pro mě bylo připojit měřič napětí až za přívodní vodiče. Vzhledem k tomu, že měřič napětí měl být pouze doplňkem zátěžového testeru, tak jsem to více neřešil.
Na DPS měřiče napětí jsou také tři trojice LED diod, které se rozsvěcují podle velikosti zátěže testovaného zdroje. Tyto diody jsou zapojeny paralelně přímo k zátěžovým rezistorům. Pokud tedy LED dioda svítí, je s největší pravděpodobností sepnutá i zátěž. Zároveň toto zapojení umožňuje kontrolovat stav FETů ve spínačích zátěží, zda nejsou proražené. V takovém případě by příslušná LED dioda svítila i bez nastaveného přepínače:
- zelená LED: +3V3 a +5 V: zátěž 6 A, +12 V: zátěž 10 A
- žlutá LED: +3V3 a +5 V: zátěž 12 A, +12 V: zátěž 20 A
- červená LED: +3V3 a +5 V: zátěž 18 A, +12 V: zátěž 30 A
Do měřicích napěťových děličů jsem použil obyčejné 1% rezistory. To je samozřejmě nevhodné, lepší by bylo použít 0,1% rezistory nebo rezistory alespoň vyměřit, ale vzhledem k výše uvedenému to pro mě nebylo podstatné. Za důležitější a užitečnější z celého měřiče napětí považuji signalizační LED diody. Nehledě na to, bylo-li by nějaké výstupní napětí zdroje mimo toleranci, obvod dohledu ve zdroji by zdroj vypnul.
K zobrazování hodnot jsem použil běžný OLED displej 0.91″ s I2C komunikací.
Měřič napětí - krabička
Původně jsem chtěl měřič napětí vestavět do jedné ze dvou skříněk od PC zdrojů. Poté, co jsem skříňky celé zaplnil rezistory, mi nezbylo nic jiného než na měřič napětí vytvořit další krabičku. Krabičku jsem navrhl tak, aby se do ní vešel měřič napětí a otočné přepínače. Na vypínač, kterým se zdroj zapíná a vypíná jsem zapomněl 🙂 To jsem si uvědomil, až když jsem měl krabičku vytisknutou a popsanou. Předělávat se mi to nechtělo, tak jsem navrhl další malou krabičku pouze na vypínač, kterou jsem následně přišrouboval na krabičku měřiče napětí. Vím, profesionální přístup to není, ale hlavním účelem testeru je testovat a nikoli hezky vypadat 🙂
Krabičku jsem tiskl z materiálu PETG, kterou jsem tepelně odizoloval od skříňky s rezistory pomocí kuprexitových podložek. Lepší by byl například materiál ASA, avšak i toto řešení funguje.
Tester PC zdrojů - kompletní schéma zapojení
Tester PC zdrojů v provozu
Shrnutí projektu zátěžového testeru PC zdrojů
Zátěžový zdroj se mi v provozu velice osvědčil. Za hlavní výhodu testeru považuji připojovací počítačové konektory, díky kterým je připojení testovaného zdroje skutečně rychlé a pohodlné. Nicméně z druhé strany dělají právě tyto konektory ze zátěžového testeru jednoúčelové zařízení pouze pro testování PC zdrojů. Ale přesně proto jsem to stavěl, takže v pořádku.
Vzhledem k minimálnímu počtu aktivních součástek doufám, že tester bude velmi spolehlivý.
Za lehce omezující považuji maximální možnou zátěž testeru, která činí 510 W. Myslím, že pro testování zdrojů do 650 W je tato zátěž zcela dostačující (650W zdroj je s tímto testerem zatížen na 80 %). Avšak při opravách zdrojů 750 W, 850 W a více už tento tester není schopen zdroj pořádně zatížit. Ano, určitě je lepší malá zátěž než žádná. To beru jako daň za kompaktnost testeru. V současné době považuji tento zátěžový tester i přes to za super pomocníka 🙂 Nicméně do budoucna si dovedu představit, že si postavím ještě jeden zátěžový tester o výkonu minimálně 1 kW, abych s ním byl schopen na 100 % otestovat všechny PC zdroje, které se ke mě dostanou.
Jako hlavní vylepšení budoucího nebo možná i tohoto testeru vidím v možností testování pomocných zdrojů +5 VSB. Tento tester pomocné zdroje zatěžovat neumí a začínám zjišťovat, že občas by se to hodilo, zvláště pak při opravách pomocných zdrojů. Pomocné zdroje jsou většinou schopny dodat 2,5 A až 3,5 A, takže by bylo fajn mít možnost je zatížit také ve třech krocích, např. po 1,1 A.
Přestože aktuální verze zátěžového testeru PC zdrojů má určité nedostatky, mohu jeho stavbu jednoznačně doporučit všem, kteří se alespoň občas setkávají s opravami PC zdrojů.