Світ периферійних пристроїв пк. Цифровий лабораторний блок живлення з керуванням через пк Блок живлення керований напругою

Мікросхеми супервізора напруги стають все більш популярними під час виробництва системних блоків живлення. Наявність мікросхеми супервізора вихідної напруги стає воістину ознакою сучасної і добре продуманої схемотехніки блоку живлення. На сьогоднішній день на ринку представлений цілий ряд мікросхем супервізорів, що відрізняються внутрішньою архітектурою та характеристиками.

SG6521 відноситься до класу супервізорів напруг, і дозволяє розробникам системних блоків живлення мінімізувати кількість елементів у ланцюгах контролю вихідних напруг, що, в результаті, позитивно позначається на надійності та вартості блоку живлення.

Контролер SG6521 оптимізований для застосування в блоках живлення класу ATX, хоча може використовуватися і в будь-яких імпульсних джерелах живлення та системах електроживлення сервосистем. SG6521 являє собою мікросхему, яка виконує такі функції:

- супервізор напруги;

- Супервізор струмів;

- віддалене керування блоком живлення (його увімкнення/вимкнення) за допомогою сигналу PSON;

- Формування сигналу Power Good (живлення в нормі);

- Захист від різних аварійних режимів блоку живлення.

Основними особливостями мікросхеми SG6521 є:

-наявність окремих входів для контролю двох вихідних напруг номіналу 12В (тобто для 12V1 та для 12V2);

- забезпечення захисту від перевищення напруг (OVP) у каналах +3.3В, +5В та в обох каналах +12В;

- забезпечення захисту від зниження напруг (UVP) у каналах +3.3В, +5В та в обох каналах +12В;

- забезпечення захисту від перевищення струму (OCP) у каналах +3.3В, +5В та в обох каналах +12В;

- Наявність виходів з відкритим стоком для формування сигналів Power Good і FPO;

- Забезпечення затримки в 300мс при формуванні сигналу Power Good;

- Забезпечення тимчасової затримки 2.8 мс при формуванні сигналу FPO після активізації сигналу PSON;

- Забезпечення тимчасової затримки в 48 мс для сигналу PSON;

- широкий діапазон напруги живлення (від 4В до 15В);

- відсутність блокування при швидкому включенні/вимкненні змінного струму;

- Наявність вбудованого термічного захисту;

- Наявність додаткового входу захисту PEXT.

Мікросхема випускається у 16-контактонному корпусі типу DIP (SG6521DZ) або SOP (SG6521SZ). Розподіл сигналів контактів мікросхеми представлено на рис.1, призначення контактів мікросхеми описано в табл.1.

Рис.1 Цоколівка супервізора напруги SG6521

Таблиця 1. Призначення контактів SG6521

Типовий варіант включення мікросхеми представлений на рис.2, але в рис.3 зображується її функціональна схема.

Рис.2 Типове включення супревізора напруги системного блоку живлення - мікросхеми SG6521

Рис.3 Внутрішня архітектура супревізора напруги SG6521

Функціонування мікросхеми

Живлення мікросхеми здійснюється черговим джерелом, що формує напругою +5VSB. Тому як тільки на блок живлення починає подаватися мережна напруга, мікросхема SG6521 запускається і починає контролювати стан сигналу. PSON, утримуючи при цьому сигнал FPOу високому рівні. Високий рівень сигналу FPOзабороняє роботу мікросхеми ШІМ-контролера.

Як тільки сигнал PSONвстановлюється в логічний "0", SG6521 переводить свій вихідний сигнал FPOу низький рівень, внаслідок чого дозволяється робота ШІМ-контролера, та блок живлення запускається. Блок живлення запускається через 48 мс після встановлення сигналу PSONу низький рівень. Як тільки всі вихідні напруги блока живлення досягнуть заданого діапазону значень, мікросхемою встановлюється сигнал PGOвисокий рівень, дозволяючи запуск центрального процесора персонального комп'ютера.

Після запуску основного перетворювача блоку живлення мікросхемою SG6521 відстежується величина вихідної напруги і струму кожного з позитивних каналів. І щойно напруга чи струм виходять межі допустимих значень, сигнал FPOвстановлюється на високий рівень, забороняючи роботу блоку живлення. Блокування при зниженні напруги ( UVP) спрацьовує у тому випадку, якщо:

Розташування мікросхеми SG6521 у складі блоку живлення демонструє рис.4.

Рис.4 Блок-схема системного джерела живлення із мікросхемою SG6521

Крім вихідної напруги мікросхемою SG6521 аналізується ще й наявність змінної напруги на виході силового трансформатора. Для такого аналізу використовується сигнал PGI. Цей сигнал одержують шляхом випрямлення імпульсів однієї з вторинних обмоток силового трансформатора. Однак у цьому випрямному ланцюгу використовується конденсатор малої ємності, що згладжує (рис.5). Саме тому припинення генерації основного перетворювача блоку живлення призводить до дуже швидкого падіння напруги сигналу. PGI. В результаті, рівень сигналу PGIстає нижче 1.25Ву той час, як в інших каналах напруга продовжує утримуватися в допустимому діапазоні значень за рахунок великих ємностей конденсаторів, що згладжують. Таким чином, за допомогою сигналу PGIмікросхема SG6521 вдається заздалегідь «дізнатися» про те, що блок живлення вимикається. Оскільки різке пропадання напруги дуже погано впливає на роботу мікропроцесора, сигнал Power Goodповинен забороняти його роботу до того, як зникне напруга живлення. Саме за допомогою сигналу PGIможна попередити несподіване відключення процесора, деактивуючи сигнал Power Goodраніше, ніж пропаде напруга живлення.

Рис.5 Побудова схеми попередження про зникнення живлення

Тут також хочеться нагадати (хоча про це вже дуже багато говорилося в наших оглядах, присвячених стандартам блоків живлення), що відповідно до чинних нормативів, на виході блоку живлення має формуватися дві напруги номіналом +12В – це +12V1і +12V2. Напруга +12V2повинно використовуватися для живлення ядра процесора, а напруга +12V1використовується для живлення решти споживачів цієї напруги. Відповідно до сучасних стандартів, кожен із цих каналів має бути оснащений окремим, незалежним, датчиком струму. Саме це дозволяє реалізувати мікросхема SG6521 в блоках живлення.

Вихідними сигналами мікросхеми є сигнали PGOі FPO.Залежність рівнів PGOі FPOстану вхідних сигналів мікросхеми, представлені в табл.2.

Т2. Стан вихідних сигналів PGO та FPO залежно від різних режимів роботи

У мікросхеми SG6521 є контакт додаткового захисту. Цей вхідний контакт позначається PEX T. Наявність контакту PEXTзабезпечує гнучкість розробки нестандартних захистів. Так, наприклад, за допомогою цього входу можна організувати захист від перегріву, навіщо до входу PEXTнеобхідно буде підключити датчик температури у вигляді терморезистора з негативним ТКС (NTC), як показано на рис.2.

SG6521 дозволяє організувати струмовий захист кожного вихідного каналу, причому всі ці захисту функціонують незалежно один від одного, тобто. до аварійного відключення блока живлення може призвести надмірно збільшення струму навіть у якомусь одному з каналів, тоді як струм в інших каналах перебуватиме у допустимому діапазоні значень. Для організації струмового захисту в кожному каналі живлення напруги встановлюється струмовий датчик, функцію якого виконують низькоомні резистори. Падіння напруги на цих резисторах оцінюється внутрішніми прецизійними компараторами, що зміщує напругу яких дорівнює 3 мВ. Вхідний струм контактів IS33, IS5і IS12дорівнює восьмиразовому значенню опорного струму ( IREF), величина якого задається контактом RI(Див. табл.1). Еквівалентна схема струмового захисту ( OCP) представлена ​​на рис.6.

Рис.6 Еквівалентна схема струмового захисту

Тут як приклад представлена ​​схема OCPканалу +12V і саме для неї розрахуємо параметри використовуваних елементів. Оскільки порівнюючим елементом схеми є компаратор, захист OCPстає активною за умови дотримання наступної нерівності (1):

I1xR1 > IRIxR2 (1)

Якщо резистор R1= 5 мОм, а резистор RI=30 кОм (нагадаємо, що резистор RIпідключений до конт.6 мікросхеми SG6521), то захист OCPактивізується при величині струму 35А.При цьому номінал резистора R2розраховується за формулою (2):

R2 = I1xR1 / IRIx8 = 525 Ом (2)

Конденсатор Зпризначений для шунтування перешкод, його ємність має бути в діапазоні 1...2.2 мкФ .

Тимчасові діаграми, що пояснюють процеси включення та вимкнення блоку живлення та активізуються за допомогою мікросхеми SG6521, представлені на рис.7.

Рис.7 Тимчасові діаграми включення та вимкнення SG6521

На рис.8 наведено часові діаграми спрацьовування різних захистів, здійснюваних мікросхемою SG6521.

Рис.8 Функціонування захистів у SG6521

Порогові рівні активізації захисту представлені в табл.3.

Таблиця 3. Рівні активації захисту в SG6521

Слід звернути увагу на важливість вхідного сигналу PGI, який використовується для керування станом обох вихідних сигналів ( FPOі PGO) а також дозволяє проходження сигналів від схем OCP, OVPі UVP. Якщо рівень вхідного сигналу PGIстає нижче 1.25В, то це призводить до вимкнення блоку живлення (за допомогою установки FPOу високий рівень) та скидання в низький рівень сигналу PGO. Проте. при включенні та запуску мікросхеми супервізора, поріг активізації знаходиться на рівні 0.6В. Це означає, що як тільки напруга PGIдосягне величини 0.6В, робота схем OVP, UVPі OCPдозволено, тобто. запуск захисту відбувається дещо раніше, що дозволяє значно раніше відстежувати аварійні режими роботи блоку живлення – на початку його роботи. Іншими словами, включення захисту відбувається при перевищенні сигналом PGIрівня 0.6В, а виключення - при зниженні рівня PGIдо 1.25В. Усе це демонструється на рис.9.

У статті пропонується інформація про схемні рішення, рекомендації з ремонту, заміну деталей-аналогів блоку живлення ATX-350WP4. На жаль, точного виробника автору встановити не вдалося, мабуть, це складання блоку досить близьке до оригіналу, ймовірно, Delux ATX-350WP4 (Shenzhen Delux Industry Co., Ltd), зовнішній вигляд блоку показаний на фото.

Загальні відомості.Блок живлення реалізований у форматі ATX12V 2.0, адаптований під вітчизняного споживача, тому в ньому відсутні вимикач живлення та перемикач виду змінної мережі. Вихідні роз'єми включають:
роз'єм для підключення до системної плати -основний 24-контактний роз'єм живлення;
4-контактний роз'єм +12 V (Р4 connector);
роз'єми живлення знімних носіїв;
живлення жорсткого диска Serial ATA. Передбачається, що основний роз'єм живлення
може бути легко трансформованим у 20-контактний шляхом відкидання 4-контактної групи, що робить його сумісним із материнськими платами старих форматів. Наявність 24-контактного роз'єму дозволяє забезпечити максимальну потужність роз'єму з використанням стандартних терміналів 373.2 Вт.
Експлуатаційну інформацію про джерело живлення ATX-350WP4 наведено в табл.

Структурна схема.Набір елементів структурної схеми джерела живлення ATX-350WP4 характерний для блоків живлення імпульсного типу. До них відносяться дволанковий загороджувальний фільтр мережевих перешкод, низькочастотний високовольтний випрямляч з фільтром, основний та допоміжний імпульсні перетворювачі, високочастотні випрямлячі, монітор вихідної напруги, елементи захисту та охолодження. Особливістю джерела живлення такого типу є наявність напруги мережі живлення на вхідному роз'ємі блоку живлення, при цьому ряд елементів блоку знаходяться під напругою, є напруга на деяких його виходах, зокрема, на виходах +5V_SB. Структурна схема джерела показано на рис.1.

Робота джерела живлення.Випрямлена мережна напруга величиною порядку 300 є живильним для основного і допоміжного перетворювачів. Крім того, з вихідного випрямляча допоміжного перетворювача подається напруга живлення на схему управління основним перетворювачем. У вимкненому стані (сигнал PS_On має високий рівень) джерела живлення основний перетворювач перебуває у «сплячому» режимі, у разі напруга з його виходах вимірювальними приладами не реєструються. У той же час допоміжний перетворювач виробляє напругу живлення основного перетворювача і вихідну напругу +5B_SB. Це джерело живлення відіграє роль джерела живлення чергового режиму.

Включення основного перетворювача у роботу відбувається за принципом дистанційного включення, відповідно до якого сигнал Ps_On стає рівним нульовому потенціалу (низький рівень напруги) при включенні комп'ютера. За цим сигналом монітором вихідних напруг видається сигнал дозволу формування керуючих імпульсів ШИМ-контролера основного перетворювача максимальної тривалості. Основний перетворювач виходить із «сплячого» режиму. З високочастотних випрямлячів через відповідні фільтри, що згладжують, на вихід блоку живлення надходять напруги ±12 В, ±5 В і +3,3 В.

З затримкою в 0,1...0,5 з щодо появи сигналу PS_On, але достатньою для закінчення перехідних процесів в основному перетворювачі і формування напруги живлення +3,3 В. +5 В, +12 В на виході блоку живлення, монітором вихідних напруг формується сигнал RG. (харчування в нормі). Сигнал PG. є інформаційним, що свідчить про нормальну роботу блоку живлення. Він видається на материнську плату для початкової установки та запуску процесора. Таким чином, сигнал Ps_On керує включенням блока живлення, а сигнал PG. відповідає за запуск материнської плати, обидва сигнали входять до складу 24-контактного роз'єму.
Основний перетворювач використовує імпульсний режим, управління перетворювачем здійснюється від ШІМ-контролера. Тривалість відкритого стану ключів перетворювача визначає величину напруги вихідних джерел, яка може бути стабілізована в межах допустимого навантаження.

Стан блоку живлення контролюється монітором вихідної напруги. У разі перевантаження або недозавантаження монітором формують сигнали, що забороняють функціонування ШІМ-контролера основного перетворювача, переводячи його в сплячий режим.
Аналогічна ситуація виникає в умовах аварійної експлуатації блоку живлення, пов'язаного з короткими замиканнями в навантаженні, контроль яких здійснюється спеціальною схемою контролю. Для полегшення теплових режимів у блоці живлення використано примусове охолодження, що ґрунтується на принципі створення негативного тиску (викиду теплого повітря).

Принципова схема джерела живлення показано на рис.2.

Мережевий фільтр і низькочастотний випрямляч використовують елементи захисту від мережевих перешкод, пройшовши які напруга випрямляється схемою випрямлення мостового типу. Захист вихідної напруги від перешкод у мережі змінного струму здійснюється за допомогою пари ланок загороджувального фільтра. Перша ланка виконано на окремій платі, елементами якої є СХ1, FL1, друга ланка складають елементи основної плати джерела живлення СХ, CY1, CY2, FL1. Елементи Т, THR1 захищають джерело живлення від струмів короткого замикання у навантаженні та сплесків напруги у вхідній мережі.
Мостовий випрямляч виконаний на діодах В1-В4. Конденсатори С1, С2 утворюють фільтр низькочастотної мережі. Резистори R2, R3 – елементи ланцюга розряду конденсаторів С1, С2 при вимиканні живлення. Варистор V3, V4 обмежують випрямлену напругу при кидках мережної напруги вище прийнятих меж.
Допоміжний перетворювач підключений безпосередньо до виходу мережного випрямляча і схематично представляє блок блок-генератор. Активними елементами бло-кінг-генератора є транзистор Q1 п-канальний польовий транзистор (MOSFET) і трансформатор Т1. Початковий струм транзистора затвора Q1 створюється резистором R11R12. У момент подачі живлення починає розвиватись блокінг-процес, і через робочу обмотку трансформатора Т1 починає протікати струм. Магнітний потік, створюваний цим струмом, наводить ЕРС в обмотці позитивного зворотного зв'язку. При цьому через діод D5, підключений до цієї обмотки, заряджається конденсатор С7 і відбувається намагнічування трансформатора. Струм намагнічування і зарядний струм конденсатора С7 призводять до зменшення струму затвора Q1 та його подальшого замикання. Демпфування викиду ланцюга стоку здійснюється елементами R19, С8, D6, надійне замикання транзистора Q1 здійснюється біполярним транзистором Q4.

Основний перетворювач блоку живлення виконаний за двотактною напівмостовою схемою (рис.3). Силова частина транзисторного перетворювача - Q2, Q3, зворотно включені діоди D1, D2 забезпечують захист транзисторів перетворювача від «наскрізних струмів». Друга половина моста утворена конденсаторами С1, С2, що створюють дільник випрямленої напруги. У діагональ цього моста включені первинні обмотки трансформаторів Т2 і ТЗ, перший з них випрямляє, а другий функціонує у схемі управління та захисту від надмірних струмів в перетворювачі. Для виключення можливості несиметричного підмагнічування трансформатора ТЗ, що може мати місце при перехідних процесах у перетворювачі, застосовується конденсатор роздільний СЗ. Режим роботи транзисторів визначається елементами R5, R8, R7, R9.
Керуючі імпульси на транзистори перетворювача надходять через узгоджувальний трансформатор Т2. Однак запуск перетворювача відбувається в автоколивальному режимі, при відкритому транзисторі 03 струм протікає по ланцюгу:
+U(В1...В4) -> Q3(к-е) -> Т2 - T3 -> СЗ -> С2 -> -U(BL..B4).

У разі відкритого транзистора Q2 струм протікає ланцюгом:
+U(B1...B4) -> С1 -> С3 -> Т3 -> Т2 -> Q2(к-е) -> -U(B1...B4).

Через перехідні конденсатори С5, С6 і обмежувальні резистори R5, R7 в базу ключових транзисторів надходять управляючі сигнали, режекторний ланцюг R4C4 запобігає проникненню імпульсних перешкод змінну електричну мережу. Діод D3 і резистор R6 утворюють ланцюг розряду С5 конденсатора, a D4 і R10 -ланцюг розряду Сб.
При протіканні струму через первинну обмотку ТЗ відбувається процес накопичення енергії трансформатором, передача цієї енергії у вторинні ланцюги джерела живлення та заряд конденсаторів С1, С2. Режим роботи перетворювача, що встановився, почнеться після того, як сумарна напруга на конденсаторах С1, С2 досягне величини +310 В. При цьому на мікросхемі U3 (вив. 12) з'явиться живлення від джерела, виконаного на елементах D9, R20, С15, С16.
Управління перетворювачем здійснюється каскадом, виконаним на транзисторах Q5, Q6 (рис.3). Навантаженням каскаду є симетричні напівобмотки трансформатора Т2, в точку з'єднання яких надходить напруга живлення +16 через елементи D9, R23. Режим роботи транзисторів Q5 і Q6 визначається резисторами R33, R32 відповідно. Управління каскадом здійснюється імпульсами мікросхеми ШІМ-формувача U3, що надходять з висновків 8 та 11 на бази транзисторів каскаду. Під впливом керуючих імпульсів один з транзисторів, наприклад Q5, відкривається, а другий Q6 відповідно, закривається. Надійне замикання транзистора здійснюється ланцюжком D15D16C17. Так, при протіканні струму через відкритий транзистор Q5 ланцюгом:
+ 16В -> D9 -> R23 -> Т2 -> Q5(к-е) -> D15, D16 -> корпус.

В емітер цього транзистора формується падіння напруги +1,6 В. Цій величини достатньо для замикання транзистора Q6. Наявність конденсатора С17 сприяє підтримці замикаючого потенціалу під час паузи.
Діоди D13, D14 призначені для розсіювання магнітної енергії, накопиченої напівобмотками Т2 трансформатора.
ШИМ-контролер виконаний на мікросхемі AZ7500BP (BCD Semiconductor), що працює у двотактному режимі. Елементами ланцюжка генератора, що задає час, є конденсатор С28 і резистор R45. Резистор R47 та конденсатор С29 утворюють ланцюг корекції підсилювача помилки 1 (Рис.4).

Для реалізації двотактного режиму роботи перетворювача вхід управління вихідними каскадами (вив. 13) з'єднаний з джерелом еталонної напруги (вив. 14). З висновків 8 і 11 мікросхеми управляючі імпульси надходять у базові ланцюги транзисторів Q5 Q6 каскаду управління. Напруга +16 підводиться на виведення живлення мікросхеми (вив. 12) від випрямляча допоміжного перетворювача.

Режим «повільного пуску» реалізований за допомогою підсилювача помилки 2, на неінвертуючий вхід якого (вив. 16 U3) надходить напруга живлення +16 через дільник R33R34R36R37C21, а на інвертуючий вхід (вив. 15) надходить напруга від джерела опор . ) з інтегруючого конденсатора С20 та резистора R39.
На неінвертуючий вхід підсилювача помилки 1 (вив. 1 U3) через суматор R42R43R48 надходить сума напруг +12 В і +3,3 В. На протилежний вхід підсилювача (вив. 2 ​​U3) через дільник R40R49 подається напруга від еталонного джерела мікросхеми. 14 U3). Резистор R47 та конденсатор С29 - елементи частотної корекції підсилювача.
Ланцюги стабілізації та захисту. Тривалість вихідних імпульсів ШІМ-контролера (вив. 8, 11 U3) в режимі визначається сигналами зворотного зв'язку і пилкоподібною напругою генератора, що задає. Інтервал часу, протягом якого "пила" перевищує напругу зворотного зв'язку, визначає тривалість вихідного імпульсу. Розглянемо процес формування.

З виходу підсилювача помилки 1 (вив. 3 U3) інформація про відхилення вихідних напруг від номінального значення у вигляді напруги, що повільно змінюється, надходить на формувач ШІМ. Далі з виходу підсилювача помилки 1 напруга надходить на один з входів широтно-імпульсного модулятора (ШІМ). На його другий вхід надходить пилкоподібна напруга амплітудою +3,2 В. Очевидно, що при відхиленні вихідних напруги від номінальних значень, наприклад, у бік зменшення відбуватиметься зменшення напруги зворотного зв'язку при тій величині пилкоподібної напруги, що надходить на вив. 1, що призводить до збільшення тривалості циклів вихідних імпульсів. При цьому в трансформаторі Т1 накопичується більше електромагнітної енергії, що віддається у навантаження, внаслідок чого вихідна напруга підвищується до номінального значення.
В аварійному режимі функціонування збільшується падіння напруги на резисторі R46. При цьому збільшується напруга на виведенні 4 мікросхеми U3, а це, у свою чергу, призводить до спрацювання компаратора «пауза» і подальшого зменшення тривалості вихідних імпульсів і, відповідно, обмеження протікання струму через транзистори перетворювача, запобігаючи тим самим вихід Q1, Q2 з ладу.

У джерелі є ланцюги захисту від короткого замикання в каналах вихідної напруги. Датчик короткого замикання каналами -12 і -5 Утворений елементами R73, D29, середня точка яких з'єднана з базою транзистора Q10 через резистор R72. Сюди ж через резистор R71 надходить напруга від джерела +5 В. Отже, наявність короткого замикання в каналах -12 (або -5 В) призведе до відмикання транзистора Q10 і перевантаження по виведенню монітора 6 напруг U4, а це, у свою чергу, припинить роботу перетворювача з висновку 4 перетворювача U3.
Управління, контроль та захист джерела живлення. Практично всім комп'ютерам крім високоякісного виконання його функцій потрібне легке та швидке увімкнення/вимкнення. Завдання включення/вимкнення джерела живлення вирішується шляхом реалізації в сучасних комп'ютерах принципу дистанційного включення/вимкнення. При натисканні кнопки I/O, розташованої на передній панелі корпусу комп'ютера, процесорною платою формується сигнал PS_On. Для включення джерела живлення сигнал PS_On повинен мати низький потенціал. нульовий, при вимиканні – високий потенціал.

У джерелі живлення завдання управління, контролю та захисту реалізовані на мікросхемі U4 монітора вихідної напруги джерела живлення LP7510. При надходженні нульового потенціалу (сигнал PS_On) виведення 4 мікросхеми, на висновку 3 також формується нульовий потенціал із затримкою на 2,3 мс. Цей сигнал є запуском джерела живлення. Якщо сигнал PS_On високого рівня або ланцюг надходження його розірвано, то на виведенні 3 мікросхеми встановлюється також високий рівень .
Крім того, мікросхема U4 здійснює контроль основних вихідних напруг джерела живлення. Так, вихідні напруги джерел живлення 3,3 В та 5 В не повинні виходити за встановлені межі 2,2 В< 3,3В < 3,9 В и 3,5 В < 5 В < 6,1 В. В случае их выхода за эти пределы более чем на 146 мкс на выходе 3 микросхемы U4 устанавливается высокий уровень напряжения, и источник питания выключается по входу 4 микросхемы U3. Для источника питания +12 В, контролируемого по выводу 7, существует только контроль над его превышением. Напряжение питания этого источника не должно превышать больше чем 14,4 В. В перечисленных аварийных режимах основной преобразователь переходит в спящий режим путем установления на выводе 3 микросхемы U4 напряжения высокого уровня. Таким способом осуществляется контроль и защита блока питания от понижения и повышения напряжения на выходах его основных источников (рис.5).

У всіх випадках високого рівня напруги на виведенні 3, напруга на виведенні 8 у нормі, PG має низький рівень (нульовий). У випадку, коли вся напруга живлення в нормі, на виведенні 4 встановлюється низький рівень сигналу PSOn, а також на виведенні 1 присутня напруга, що не перевищує 1,15, на виведенні 8 з'являється сигнал високого рівня з затримкою на 300 мс.
Схема терморегулювання призначена підтримки температурного режиму всередині корпусу блока живлення. Схема складається з вентилятора та термістора THR2, які підключені до каналу +12 В. Підтримка постійної температури всередині корпусу досягається регулюванням швидкості обертанням вентилятора.
Випрямлячі імпульсної напруги використовують типову двонапівперіодну схему випрямлення із середньою точкою, що забезпечує необхідний коефіцієнт пульсацій.
Випрямляч джерела живлення +5 V_SB виконаний на діоді D12. Дволанковий фільтр вихідної напруги складається з конденсатора С15, дроселя L3 та конденсатора С19. Резистор R36-навантажувальний. Стабілізація цієї напруги здійснюється мікросхем U1, U2.

Джерело живлення +5 виконаний на діодній збірці D32. Дволанковий фільтр вихідної напруги утворений обмоткою L6.2 багатообмотувального дроселя, дроселя L10, конденсаторами С39, С40. Резистор R69 – навантажувальний.
Аналогічно виконано джерело живлення +12 В. Його випрямляч реалізований на діодному складанні D31. Дволанковий фільтр вихідної напруги утворений обмоткою L6.3 багатообмотувального дроселя, дроселя L9, конденсатора С38. Навантаження джерела живлення – схема терморегулювання.
Випрямляч напруги +3,3 В – діодне складання D30. У схемі використаний стабілізатор паралельного типу з регулюючим транзистором Q9 та параметричному стабілізаторі U5. На керуючий вхід U5 напруга надходить із дільника R63R58. Резистор R67 – навантаження дільника.
Для зниження рівня перешкод, випромінюваних імпульсними випрямлячами електричну мережу, паралельно вторинним обмоткам трансформатора Т1 включені резистивно-ємнісні фільтри на елементах R20, R21, СЮ, С11.
Джерела живлення негативних напруг -12, -5 формуються аналогічно. Так для джерела - 12 випрямляч виконаний на діодах D24, D25, D26, що згладжує фільтр L6.4L5C42, резистор R74 - навантажувальний.
Напруга -5 формується з допомогою діодів D27, 28. Фільтри цих джерел -L6.1L4C41. Резистор R75 – навантажувальний.

Типові несправності
Перегорання мережного запобіжника Т або вихідні напруги відсутні. У цьому випадку необхідно перевірити справність елементів загороджувального фільтра та мережного випрямляча (В1-В4, THR1, С1, С2, V3, V4, R2, R3), а також перевірити справність транзисторів Q2, Q3. Найчастіше у разі вибору неправильної мережі змінного струму вигорають ва-ристор V3, V4.
Перевіряється справність елементів допоміжного перетворювача, транзисторів Q1.Q4.
Якщо несправність не виявляється і вихід і лад розглянутих раніше елементів не підтвердився, то перевіряється наявність напруги 310 на послідовно з'єднаних конденсаторах С1, C2. За його відсутності перевіряється справність елементів мережного випрямляча.
Напруга+5\/_ЗВ вище або нижче за норму. Перевірити справність ланцюга стабілізації U1, U2, чи несправний елемент замінюється. Як елемент заміни U2 можна використовувати TL431, КА431.
Вихідні напруги живлення вище або нижче за норму. Перевіряємо справність ланцюга зворотних зв'язків – мікросхеми U3, елементів обв'язування мікросхеми U3: конденсаторів С21, С22, С16. У разі справності перерахованих вище елементів замінити U3. Як аналоги U3 можна використовувати мікросхеми TL494, КА7500В, МВ3759.
Немає сигналу P.G. Слід перевірити наявність сигналу Ps_On, наявність напруги живлення +12 В, +5 В, +3,3 В, +5 B_SB. У разі наявності замінити мікросхему U4. Як аналог LP7510 можна використовувати TPS3510.
Відсутнє дистанційне увімкнення джерела живлення. Перевірити наявність на контакті PS-ON потенціалу корпусу (нуля), справність мікросхеми U4 та елементів її обв'язування. У разі справності елементів обв'язування замінити U4.
Відсутність обертання вентилятора. Переконатися у працездатності вентилятора, перевірити елементи ланцюга його включення: наявність +12, справність терморезистора THR2.

Д. Кучеров, Журнал Радіоаматор, №3, 5 2011р

ДОДАНО 07/10/2012 04:08

Від себе додам:
Сьогодні довелося собі робити БП на заміну згорілого (думаю не скоро я його відремонтую) Chieftec 1KWt. Був у мене 500W Topower silent.

В принципі непоганий європейський БП із чесною потужністю. Проблема – спрацьовує захист. Тобто. при нормальній чергуванні лише короткочасний старт. Дерг вентилем і все.
КЗ по основним шинам не виявив, почав досліджувати - чудес не буває. І нарешті знайшов те, що шукав - шину -12в. Банальний дефект - пробитий діод, навіть став розглядати який. Просто замінив HER207.
Встановив цей БП собі систему - політ нормальний.

У всіх сучасних комп'ютерах використовуються блоки живлення стандарту ATX. Раніше використовувалися блоки живлення стандарту AT, в них не було можливості віддаленого запуску комп'ютера та деяких схемотехнічних рішень. Введення нового стандарту було пов'язане з випуском нових материнських плат. Комп'ютерна техніка стрімко розвивалася та розвивається, тому виникла необхідність поліпшення та розширення материнських плат. З 2001 року і було запроваджено цей стандарт.

Розгляньмо, як влаштований комп'ютерний блок живлення ATX.

Розташування елементів на платі

Для початку погляньте на картинку, на ній підписані всі вузли блоку живлення, далі ми коротко розглянемо їхнє призначення.

А ось схема електрична принципова, розбита на блоки.

На вході блока живлення стоїть фільтр електромагнітних перешкод із дроселя та ємності (1 блок). У дешевих блоках живлення його може бути. Фільтр потрібен для придушення перешкод в електроживильній мережі, що виникли в результаті роботи.

Всі імпульсні блоки живлення можуть погіршувати параметри мережі живлення, в ній з'являються небажані перешкоди і гармоніки, які заважають роботі радіопередавальних пристроїв та іншого. Тому наявність вхідного фільтра дуже бажано, але товариші з Китаю так не вважають, тому економлять на всьому. Нижче ви бачите блок живлення без вхідного дроселя.

Далі мережна напруга надходить на , через запобіжник і терморезистор (NTC), останній потрібен для заряджання конденсаторів, що фільтрують. Після діодного мосту встановлений ще один фільтр, зазвичай це пара великих, будьте уважні, на їх висновках присутня велика напруга. Навіть якщо блок живлення вимкнений з мережі, слід попередньо їх розрядити резистором або лампою розжарювання, перш ніж торкатися руками плати.

Після фільтра, що згладжує, напруга надходить на схему імпульсного блоку живлення вона складна на перший погляд, але в ній немає нічого зайвого. В першу чергу запитується джерело чергової напруги (2 блок), він може бути виконаний за автогенераторною схемою, а може бути на ШІМ-контролері. Зазвичай - схема імпульсного перетворювача одному транзисторі (однотактний перетворювач), на виході, після трансформатора, встановлюють лінійний перетворювач напруги (КРЕНку).

Типова схема із ШІМ-контролером виглядає приблизно так:

Ось збільшена версія схеми каскаду наведеного прикладу. Транзистор стоїть в автогенераторній схемі, частота роботи якої залежить від трансформатора та конденсаторів у його обв'язці, вихідна напруга від номіналу стабілітрона (у нашому випадку 9В) який відіграє роль зворотного зв'язку або порогового елемента, який шунтує базу транзистора при досягненні певної напруги. Воно додатково стабілізується рівня 5В, лінійним інтегральним стабілізатором послідовного типу L7805.

Чергова напруга потрібна не тільки для формування сигналу включення (PS_ON), ​​але і для живлення ШІМ-контролера (блок 3). Комп'ютерні блоки піатнію ATX найчастіше побудовані на TL494 мікросхемі або її аналогах. Цей блок відповідає за керування силовими транзисторами (4 блок), стабілізацію напруги (за допомогою зворотного зв'язку), захист від КЗ. Взагалі 494 - це використовується в імпульсній техніці дуже часто, її можна зустріти і в потужних блоках живлення світлодіодних стрічок. Ось її розпинування.

Якщо ви плануєте використовувати комп'ютерний блок живлення, наприклад для живлення світлодіодної стрічки, буде краще, якщо ви трохи навантажите лінії 5В та 3.3В.

Висновок

Блоки живлення ATX відмінно підходять для живлення радіоаматорських конструкцій та як джерело для домашньої лабораторії. Вони досить потужні (від 250, а сучасні від 350Вт), при цьому можна знайти на вторинному ринку за копійки, також підійдуть і старі моделі AT, для їх запуску потрібно лише замкнути два дроти, які раніше йшли на кнопку системного блоку, сигналу PS_On на їх немає.

Якщо ви збираєтеся ремонтувати або відновлювати подібну техніку, не забувайте про правила безпечної роботи з електрикою, про те, що на платі є мережна напруга і конденсатори можуть залишатися зарядженими довгий час.

Увімкніть невідомі блоки живлення через лампочку, щоб не пошкодити проводку та доріжки друкованої плати. За наявності базових знань електроніки можна переробити в потужне зарядне для автомобільних акумуляторів або . Для цього змінюють ланцюги зворотного зв'язку, допрацьовують джерело чергової напруги та ланцюга запуску блоку.

УПРАВЛІННЯ СИЛОВИМИ КЛЮЧАМИ ІМПУЛЬСНОГО БЛОКУ ЖИВЛЕННЯ
За допомогою TL494

СТАТТЯ ПІДГОТОВЛЕНА НА ОСНОВІ КНИГИ А.В.

СИЛОВИЙ КАСКАД

Побудова силового каскаду проводиться у переважній більшості випадків за двотактною напівмостовою схемою і мало відрізняється в різних варіантах схем ДБЖ. Основна відмінність тут полягає у схемотехнічних рішеннях побудови базових ланцюгів силових ключових транзисторів. Конфігурація цих ланцюгів вибирається такою, щоб забезпечити оптимальний для застосовуваних транзисторів режим перемикання. У цьому головним показником ефективності перемикання є мінімальні динамічні втрати потужності ключових транзисторах. При побудові базових ланцюгів силового каскаду враховуються такі чинники:
величина коефіцієнта посилення струму застосовуваних транзисторів;
забезпечення оптимальної швидкості наростання та спаду струму бази при перемиканні;
час розсмоктування надлишкових носіїв у основі під час замикання транзисторів (інерційність).
Приклади побудови базових ланцюгів силових каскадів наведено на рис. 22, 23.

Малюнок 22. Конфігурація базових ланцюгів силових транзисторів в ДБЖ GT-200W(a), SMPS 5624-ISM(б), GT-150W(в) із самозбудженням.

Малюнок 23. Конфігурація базових ланцюгів силових транзисторів імпульсних блоків живлення PS-200B (a), ESP 1003R (б), Appis (в), PS-6220C (г) з примусовим збудженням.

Слід зазначити, що конфігурація базових ланцюгів визначається ще й типом схеми запуску. Якщо в цьому ДБЖ використана схема із самозбудженням, то базовий для силових транзисторів дільник обов'язково має зв'язок з шиною Uep (+310В), щоб через нього міг протікати початковий струм, що є першопричиною розвитку лавиноподібного процесу відкривання одного з транзисторів. ЕРС на вторинних обмотках керуючого трансформатора перший момент після включення ще відсутня. Тому, щоб низькоомний опір обмоток не шунтувало б керуючі переходи база-емітер силових ключів, доводиться включати діоди, що розв'язують. Як видно із рис. 22, будь-яка конфігурація базових ланцюгів при схемі запуску з самозбудженням включає ці діоди. На рис. 22,а - це D3, D4; на рис. 22,6 – це D4, D5; на рис. 22, -це D7, D8. Якщо ДБЖ використовується схема запуску з примусовим збудженням, то зв'язку базових ланцюгів з шиною Uep немає, і діоди, що розв'язують, відсутні (рис. 23).
Розглянемо один період роботи силового каскаду, побудованого за двотактною напівмостовою схемою на прикладі ДБЖ KYP-150W (Тайвань) (рис. 24). На цьому малюнку показаний весь перетворювальний тракт, що дозволяє отримати повніше уявлення про роботу силового каскаду. Епюри напруг та струмів, що пояснюють роботу перетворювального тракту, наведено на рис. 25.

Рисунок 24. Перетворювальний тракт імпульсного блоку живлення KYP-150W.

Рисунок 25. Наскрізні часові діаграми, що пояснюють роботу перетворювального тракту імпульсного блоку живлення KYP-150W.
1), 2) - напруги на виходах керуючої мікросхеми TL494;
3), 4) - напруги на колекторах транзисторів узгоджувального каскаду;
5) - напруга в середній точці первинної обмотки керуючого трансформатора;
6), 7) - напруги на вторинних обмотках керуючого трансформатора;
8) - напруга в середній точці транзисторної стійки силового напівмосту;
9) - Струм через первинну обмотку силового імпульсного трансформатора;
10), 12) - напруги на вторинних обмотках силового імпульсного трансформатора;
11) - випрямлену напругу в позитивних каналах;
13) - випрямлену напругу в негативних каналах.

Малюнок 26. Формування керуючих напруг з урахуванням силових транзисторів.

Діоди D3, D4 перешкоджають шунтуванню керуючих переходів база-емітер транзисторів Q1, Q2 низькоомним опором обмоток керуючих 4-5 і 7-8 DT в пусковому режимі.
На рис. 25 (тимчасова діаграма 9) показано форму струму через первинну обмотку силового трансформатора. Така форма обумовлена ​​індуктивним характером повного опору первинної обмотки. При подачі на індуктивність стрибка напруги струм через неї, як відомо, стрибком змінитися не може, а наростає на початковій ділянці приблизно лінійно. Тому струм через первинну обмотку має вигляд пилкоподібних імпульсів з лінійно наростаючими передніми фронтами. Припинення наростання струму визначається моментом закриття силового транзистора, т.к. при цьому первинна обмотка відключається від джерела напруги (шина Uep), і струм через неї протікати не може (короткий час після замикання транзистора струм рекуперації в рахунок не йде). З зменшенням струмового навантаження на ДБЖ змінюється як ширина струмових імпульсів, а й їх амплітуда. Це тим, що з короткий, ніж раніше, проміжок часу струм не встигає досягти тієї ж амплітуди при постійної швидкості наростання. Швидкість наростання струму через первинну обмотку імпульсного трансформатора визначається її індуктивністю і рівнем Uep, які не змінюються.

ВИХІДНІ ЛАНЦЮГИ

Розглянемо особливості вихідних каналів ДБЖ. Спосіб отримання вихідної напруги блоку може бути різним для різних схем. При цьому напруги основних (сильноточних) каналів +5В і +12В завжди виходять одним і тим же способом у всіх схемах. Спосіб цей полягає у випрямленні та згладжуванні імпульсних ЕРС з вторинних обмоток імпульсного силового трансформатора. При цьому випрямлення у всіх двотактних схемах здійснюється за двонапівперіодною схемою із середньою точкою. Цим забезпечується симетричний режим перемагнічування сердечника імпульсного трансформатора, т.к. через вторинні обмотки протікає тільки змінний струм і, отже, відсутнє вимушене підмагнічування сердечника, неминуче в однополуперіодних схемах випрямлення, де протікає струм через вторинну обмотку трансформатора тільки в одному напрямку.
Розглянемо роботу вторинної сторони з прикладу схеми ДБЖ KYP-150W (рис. 27).

Малюнок 27. Отримання вихідних напруг у імпульсному блокі живлення KYP-150W (TUV FAR EAST CORP)

Оскільки всі чотири вихідні канали схемотехнічно реалізовані приблизно однаково, то обмежимося докладним розглядом роботи лише одного з них (канал +12В). Коли через первинну обмотку 1-2 силового трансформатора РТ протікає лінійно наростаючий струм у напрямку від виведення 1 до 2 висновку, на вторинних обмотках РТ діють ЕРС постійного рівня. Полярність цих ЕРС така, що на висновку 3 є позитивний потенціал ЕРС щодо корпусу. На висновку 7 цей потенціал буде негативним. Тому протікає лінійно наростаючий струм по ланцюгу: 3 РТ - верхній діод зборки BD2 - обмотка W2 дроселя L1 - дросель 12 - конденсатор С21 корпус - 5 РТ.
Нижній діод збирання BD2 на цьому інтервалі закритий негативною напругою на аноді, і струм через нього не протікає.
Крім підзарядки конденсатора С21 відбувається передача енергії вихід каналу (підтримується струм навантаження). На цьому інтервалі часу в сердечниках дроселів L1, L2 запасається магнітна енергія.
Далі струм через первинну обмотку силового трансформатора переривається як результат закриття силового транзистора (на схемі не показаний). ЕРС на вторинних обмотках зникають. Триває "мертва зона". На цьому інтервалі енергія, запасена в дроселях L1, L2 передається в конденсатор С21 і навантаження. При зникненні ЕРС на вторинних обмотках у дроселя" наводиться ЕРС самоіндукції, що прагне підтримати струм колишнього напрямку. Тому струм підзарядки С21 під час "мертвої зони" протікає по ланцюгу: правий (за схемою) висновок L2 - С21 - корпус - 5-3 і 5 -7 РТ – діоди BD2 – лівий (за схемою) висновок W2L1.
Струм цей - лінійно спадаючий у часі. Далі відкривається другий силовий транзистор (на схемі не показаний) і через первинну обмотку РТ починає протікати лінійно наростаючий протилежний струм попередньому випадку напрямку (від висновку 2 до висновку 1). Тому полярність ЕРС на вторинних обмотках РТ також буде протилежною: на виведенні 7 – позитивний потенціал щодо корпусу, а на виведенні 3 – негативний. Тому провідним елементом на цьому інтервалі буде нижній діод зборки BD2, а верхній її діод буде закритий. Струм через обмотку W2, L1 і L2 знову буде лінійно наростаючим і підзарядить конденсатор С21, а також підтримає струм навантаження: 7 РТ - нижній діод BD2 - W2L1 - L2-C21 - корпус -5РТ.
У сердечниках L1, L2 знову накопичується магнітна енергія, яка знову передається в конденсатор С21 і навантаження на інтервалі наступної "мертвої зони". Далі процеси повторюються. При цьому розрядка конденсатора на навантаження С21 відбувається протягом усього періоду роботи.
Зі сказаного ясно, що силова частина являє собою комбінацію з двох прямоходових перетворювачів, що утворюють двотактну схему.
Як випрямляючі діоди у вихідних ланцюгах використовуються імпульсні (високочастотні) силові діоди, які крім статичних параметрів, що визначаються за вольтамперних характеристик, характеризуються параметрами, що визначають їх інерційні властивості при переключенні з прямого струму на зворотну напругу. При зміні полярності вхідної напруги через інерційність процесу розсмоктування надлишкових носіїв заряду, накопичених у основі під час відкритого стану, діод відновлює свій зворотний опір не миттєво, а через деякий час відновлення tBoc (trr). Протягом цього часу діод залишається відкритим і через нього протікає зворотний струм!обр., значення якого залежить від характеру навантаження випрямляча і тривалості фронту вхідної змінної напруги. У цьому поки діод не відновить свій зворотний опір, імпульсний трансформатор практично працює у режимі короткого замикання виходом, що несприятливо позначається режимі роботи силових транзисторів і може призвести до виходу з ладу, т.к. коротке замикання на виході ДБЖ призводить до різкого кидка колекторного струму через силовий транзистор у момент його перемикання. Тому застосовувані як випрямляючі елементи діоди повинні володіти мінімально можливим часом відновлення, яке є одним з основних параметрів випрямляльних діодів і характеризує їх інерційні властивості.
Для зменшення динамічних комутаційних втрат і усунення режиму короткого замикання при перемиканні в сильноточному каналі вироблення +5В, де ці втрати найбільш значні, як випрямляючі елементи використовується діодна збірка (напівміст) з двох діодів Шоттки, наприклад, СТВ-34, S15SC4M, S30D4 і т.п.
Застосування діодів Шоттки в каналі вироблення +5 обумовлено наступними міркуваннями: діод Шоттки практично безінерційний прилад з майже миттєвим відновленням зворотного опору (час зворотного відновлення порядку 0,1мкс) при комутації [проте вони істотно повільніше, ніж сучасні діоди з швидким відновленням ), що застосовуються нині, і мають trr порядку 30..55нс - прим. АЛ]; пряме падіння напруга на діоді Шоттки дорівнює приблизно 0,4В на відміну від кремнієвого діода з прямим падінням напруги в0,8-1,2В, що при струмі навантаження 15-20А дає додатковий виграш у ККД ДБЖ.
У каналі вироблення +12В зазвичай застосовується або діодна збірка з двох кремнієвих діодів (напівміст) типу С25, ESA С25-020 і т.п., або два дискретні кремнієві діоди.
Застосування діодів Шоттки каналі вироблення напруги +12В недоцільно, т.к. при зворотній напрузі вище 50В (а в каналі виробітку +12В зворотна напруга досягає 60В!) діоди Шоттки погано перемикаються (значно зростають зворотні струми) і практично не працюють.
Як випрямляючі елементи в каналах вироблення -5В і -12В використовуються звичайні кремніві імпульсні діоди, наприклад, типу PXPR1002.
Вся випрямлена напруга згладжується LC-фільтрами.
Отримання вихідних напруг негативних каналів може бути різним. У деяких схемах ця напруга отримують тим же способом, що і +5В +12В, тобто. випрямлення та згладжування імпульсних ЕРС з вторинних обмоток силового трансформатора. У цьому випадку на вторинній стороні встановлюються 4 діодні півмоста, кожен з яких працює на свій канал. Силовий трансформатор у разі має дві вторинні обмотки з висновками від середньої точки. Така схема використовується, наприклад, ДБЖ KYP-150W (рис. 27).

Малюнок 28. Отримання вихідної напруги в імпульсного блоку живлення LPS-02-150XT.

Є варіанти схем, в яких з вторинних обмоток силового трасформатора отримують лише три вихідні напруги: +5, +12, -12 В. Напруга -5В отримують з -12В за допомогою інтегрального лінійного трививідного стабілізатора типу 7905. Силовий трансформатор у цих схемах також має дві вторинні обмотки із виведенням від середньої точки. Так як шляхом випрямлення тут отримують тільки три вихідні напруги, то на вторинному боці встановлені не 4, а тільки 3 діодних випрямляючих півмоста. Такий варіант побудови схеми використовується, наприклад, ДБЖ LPS-02-150XT (рис.28).
Кількість вторинних обмоток силового імпульсного трансформатора може бути різним у різних схемах. Наприклад, у схемі ДБЖ PS-200В (рис. 29) силовий трансформатор має три вторинні обмотки з виведенням від середньої точки, тобто. кожна з вторинних обмоток працює зі своїм напівмостом.

Рисунок 29. Отримання вихідної напруги в імпульсному блоці живлення PS-200B

У схемі імпульсного блоку живлення KYP-150W (рис.27) у силового трансформатора всього дві вторинні обмотки, кожна з яких працює з двома напівмостами.
Спокуса використовувати діоди Шоттки в каналі вихідної напруги +12В привела розробників до оригінального схемного рішення. Суть цього рішення полягає в тому, що середня точка вторинної обмотки силового трансформатора, з якої виходить вихідна напруга +12В, підключається не до корпусу (як у класичних схемах), а до вихідної шини напруги +5В. Приклад такої схеми показано на рис. 30.

Рисунок 30. Отримання вихідної напруги в імпульсному блоці живлення PS-6220C (BENAVIOR TECH. COMPUTER CORP).

Іншими словами, в середню точку обмотки каналу +12В подається "підпірка", що зменшує величину зворотної напруги, прикладеної до випрямних діодів. Тому використання діодів Шоттки в каналі +12В стає можливим. Як уже зазначалося, конструктивно та електрично до схеми ДБЖ входить вентилятор примусового охолодження схеми самого ДБЖ та системного блоку. Зазвичай він є безколекторним вентильним двофазним двигуном постійного струму. Обмотки двигуна вентилятора запитуються в більшості схем ДБЖ з шини вихідної напруги +12В. Однак є схеми, в яких живлення двигуна вентилятора береться з шини -12В. Вентилятор на зарубіжних важливих електричних схемах позначається як D.C. FAN. В ДБЖ KYP-150W, наприклад, використовується вентилятор типу SU8025-M, що має наступні основні характеристики: номінальна напруга живлення 12В, струм 0.12А, що споживається. Принцип дії та конструкція двигуна вентилятора будуть детально розглянуті далі. Тут відзначимо лише те, що повітряний потік, створюваний двигуном вентилятора, спрямований із системного модуля на ружу (в довкілля), тобто. тепле повітря видмухується із системного блоку. Зазвичай на корпусі вентилятора є покажчики у вигляді стрілок, що показують напрямки обертання крильчатки та напрямок повітряного потоку. Корпус БП має отвори або щілинні прорізи на протилежній стороні вентилятору. Завдяки цьому при обертанні крильчатки створюється повітряний потік, що охолоджує як елементи вузлів системного модуля, так і схему ДБЖ.
Таким чином, вторинна сторона ДБЖ на основі керуючої мікросхеми TL494 і напівмостового інвертора схемотехнічно може відрізнятися:
способом отримання вихідної напруги -5В і, отже, кількістю випрямних діодних напівмостів;
кількістю вторинних обмоток силового імпульсного трансформатора;
способом подачі живлення на двигун вентилятора
Крім того, у схемах з самозбудженням випрямлена імпульсна напруга з виходу діодного напівмосту каналу +12В використовується для отримання допоміжної напруги живлення керуючої мікросхеми та каскаду, що узгоджує. Ця напруга була позначена раніше як Upom. Для отримання цієї напруги до виходу напівмоста через розв'язуючий діод підключається ємність, що згладжує, напруга з якої зазвичай через додатковий Г-подібний RC-фільтр розв'язки подається на шину Upom, з якої і запитується з висновку 12 керуюча мікросхема, а також базові дільники транзисторів узгоджувального каскаду і колектори цих транзисторів. Наприклад, на рис.27 діод D14 – діод розв'язки. С19 - ємність, що згладжує. Елементи R36, С11 утворюють Г-подібний RC-фільтр.
Необхідність включення диода, що розв'язує, пояснюється тим, що при його відсутності накопичувальна ємність С19 шини Upom, яка заряджається імпульсами з вторинної обмотки силового трансформатора, під час пауз розряджалася б на низькоомне навантаження каналу +12В. Це призвело до значного зростання пульсації на шині Upom, що небажано. Г-подібний RC-фільтр також сприяє придушенню пульсації на шині Upom.
Рівень напруги Upom у схемах із самозбудженням, як зазначалося, становить близько +26В. Це тим, що розмах імпульсного напруги на вторинної обмотці імпульсного трансформатора, що працює на канали +12В і -12В, становить близько 60В. Тому амплітуда імпульсів на виході випрямного напівмосту в каналі +12В становитиме половину цієї величини, тобто. близько +ЗОВ. Приблизно до цього рівня і заряджається через діод розв'язки ємність шини Upom, що згладжує.
Принагідно зазначимо, що розмах імпульсної напруги на вторинній обмотці, що працює на канали +5В і -5В, приблизно вдвічі менше і становить близько 26В. Тому амплітуда імпульсів на виходах діодних напівмостів каналів +5В і -5В становить близько 13В.
До шини вихідної напруги +5В у всіх схемах ДБЖ аналізованого сімейства підключається резистивний дільник, що виконує функцію вимірювального елемента ланцюга зворотного зв'язку в контурі стабілізації вихідних напруг (див.нижче).
Між шинами -5В і -12В зазвичай включається діодно-резистивний дільник, що виконує функцію вимірювального елемента схеми захисту від КЗ у навантаженнях каналів -5В і -12В (див. нижче).
Крім того, до вихідних шин (до всіх чотирьох або деяких залежно від побудови схеми ДБЖ) підключені розрядні резистори. Призначення їх - швидка розрядка всіх вихідних конденсаторів, а також конденсаторів різних допоміжних схем після вимкнення ДВП з мережі з метою привести всю схему ДБЖ у вихідний стан перед наступним включенням. Раніше вже було відзначено принципову важливість цієї обставини. Однак тут повторимо ще раз, що для нормального виходу ДБЖ на режим, всі конденсатори його схеми до моменту включення в мережу живлення повинні бути повністю розряджені. На рис.27, наприклад, розрядним резистором в каналі +5В є R37, в каналі -5В-R43, каналі +12В - R45, в каналі -12В - R42.
Струм, що протікають через ці резистори в процесі роботи ІВП, незначні в порівнянні з струмами навантажень. Тому можна вважати, що в процесі роботи ці резистори не впливають на роботу схеми ДБЖ.

У більшості сучасних електронних пристроїв практично не використовуються аналогові (трансформаторні) блоки живлення, на зміну їм прийшли імпульсні перетворювачі напруги. Щоб зрозуміти, чому так сталося, необхідно розглянути конструктивні особливості, а також сильні та слабкі сторони цих пристроїв. Ми також розповімо про призначення основних компонентів імпульсних джерел, наведемо простий приклад реалізації, який можна зібрати своїми руками.

Конструктивні особливості та принцип роботи

З кількох способів перетворення напруги для живлення електронних компонентів, можна виділити два, що отримали найбільше поширення:

1. Аналоговий, основним елементом якого є понижувальний трансформатор, крім основної функції, що ще й забезпечує гальванічну розв'язку.
2. Імпульсний принцип.

Розглянемо чим відрізняються ці два варіанти.

БП на основі силового трансформатора

Розглянемо спрощену структурну схему цього пристрою. Як видно з малюнка, на вході встановлений понижуючий трансформатор, з його допомогою проводиться перетворення амплітуди напруги живлення, наприклад з 220 В отримуємо 15 В. Наступний блок - випрямляч, його завдання перетворити синусоїдальний струм в імпульсний (гармоніка показана над умовним зображенням). Для цієї мети використовуються напівпровідникові випрямні елементи (діоди), підключені за мостовою схемою. Їхній принцип роботи можна знайти на нашому сайті.

Наступний блок грає виконує дві функції: згладжує напругу (для цього використовується конденсатор відповідної ємності) і стабілізує його. Останнє необхідно, щоб напруга не провалювалася при збільшенні навантаження.

Наведена структурна схема сильно спрощена, зазвичай, у джерелі цього типу є вхідний фільтр і захисні ланцюга, але пояснення роботи пристрою це важливо.

Усі недоліки наведеного варіанта безпосередньо чи опосередковано пов'язані з основним елементом конструкції – трансформатором. По-перше, його вага та габарити, обмежують мініатюризацію. Щоб не бути голослівним наведемо як приклад знижувальний трансформатор 220/12 номінальною потужністю 250 Вт. Вага такого агрегату – близько 4 кілограм, габарити 125х124х89 мм. Можете уявити, скільки важила зарядка для ноутбука на його основі.

По-друге, вартість таких пристроїв часом багаторазово перевищує сумарну вартість інших компонентів.

Імпульсні пристрої

Як видно з структурної схеми, наведеної на малюнку 3, принцип роботи даних пристроїв істотно відрізняється від аналогових перетворювачів, насамперед відсутністю вхідного понижуючого трансформатора.

Розглянемо алгоритм роботи такого джерела:

• Живлення надходить на мережевий фільтр, його завдання мінімізувати мережні перешкоди як вхідні, так і вихідні, що виникають внаслідок роботи.
• Далі вступає в роботу блок перетворення синусоїдальної напруги в постійне імпульсне і згладжує фільтр.
• На наступному етапі до процесу підключається інвертор, його завдання пов'язане з формуванням високочастотних прямокутних сигналів. Зворотний зв'язок із інвертором здійснюється через блок управління.
• Наступний блок - ІТ, він необхідний для автоматичного генераторного режиму, подачі напруги на ланцюга, захисту, керування контролером, а також навантаження. Крім цього завдання ІТ входить забезпечення гальванічної розв'язки між ланцюгами високої та низької напруги.

На відміну від понижуючого трансформатора, сердечник цього пристрою виготовляється з феримагнітних матеріалів, це сприяє надійній передачі сигналів ВЧ, які можуть бути в діапазоні 20-100 кГц. Характерна риса ІТ полягає в тому, що при його підключенні критично включення початку та кінця обмоток. Невеликі розміри цього пристрою дозволяють виготовляти прилади мініатюрних розмірів, як приклад можна навести електронну обв'язку (баласт) світлодіодної або енергозберігаючої лампи.

• Далі вступає в роботу вихідний випрямляч, оскільки він працює з високочастотною напругою, для процесу необхідні напівпровідникові швидкодіючі елементи, тому для цієї мети застосовують діоди Шоттки.
• На завершальній фазі виробляється згладжування на вигідному фільтрі, після чого напруга подається на навантаження.

Тепер, як і обіцяли, розглянемо принцип роботи основного елемента пристрою – інвертора.

Як працює інвертор?

ВЧ модуляцію можна зробити трьома способами:

• частотно-імпульсним;
• фазо-імпульсним;
• широтно-імпульсним.

Насправді застосовується останній варіант. Це пов'язано як із простотою виконання, так і тим, що у ШІМ незмінна комунікаційна частота, на відміну від двох інших способів модуляції. Структурна схема, що описує роботу контролера, показано нижче.

Алгоритм роботи пристрою наступний:

Генератор частоти, що задає, формує серію прямокутних сигналів, частота яких відповідає опорній. На основі цього сигналу формується U П пилкоподібної форми, що надходить на вхід компаратора ДО ШИМ. До другого входу цього пристрою підводиться сигнал U УС, що надходить з підсилювача, що регулює. Сформований цим підсилювачем сигнал відповідає пропорційної різниці U П (опорна напруга) та U РС (регулюючий сигнал від ланцюга зворотного зв'язку). Тобто, керуючий сигнал U УС, по суті, напругою неузгодженості з рівнем, що залежить від струму на вантажі, так і напруги на ній (U OUT).

Даний спосіб реалізації дозволяє організувати замкнутий ланцюг, який дозволяє керувати напругою на виході, тобто, по суті, говоримо про лінійно-дискретний функціональний вузл. На його виході формуються імпульси, з тривалістю, яка залежить від різниці між опорним і управляючим сигналом. На його основі створюється напруга для керування ключовим транзистором інвертора.

Процес стабілізації напруги на виході проводиться шляхом відстеження його рівня, при зміні його пропорційно змінюється напруга регулюючого сигналу U РС, що призводить до збільшення або зменшення тривалості між імпульсами.

В результаті відбувається зміна потужності вторинних ланцюгів, завдяки чому забезпечується стабілізація напруги на виході.

Для забезпечення безпеки необхідна гальванічна розв'язка між мережею живлення і зворотним зв'язком. Як правило, для цієї мети використовуються оптрони.

Сильні та слабкі сторони імпульсних джерел

Якщо порівнювати аналогові та імпульсні пристрої однакової потужності, то останні будуть такі переваги:

• Невеликі розміри та вага, за рахунок відсутності низькочастотного понижуючого трансформатора та керуючих елементів, що вимагають відведення тепла за допомогою великих радіаторів. Завдяки використанню технології перетворення високочастотних сигналів можна зменшити ємність конденсаторів, що використовуються у фільтрах, що дозволяє встановлювати елементи менших габаритів.
• Вищий ККД, оскільки основні втрати викликають лише перехідні процеси, тоді як у аналогових схемах багато енергії постійно втрачається при електромагнітному перетворенні. Результат говорить сам за себе збільшення ККД до 95-98%.
• Найменша вартість за рахунок застосування менш потужних напівпровідникових елементів.
• Більше широкий діапазон вхідної напруги. Такий тип обладнання не вимогливий до частоти та амплітуди, отже, допускається підключення до різних за стандартом мереж.
• Наявність надійного захисту від КЗ, перевищення навантаження та інших позаштатних ситуацій.

До недоліків імпульсної технології слід віднести:

Наявність ВЧ перешкод є наслідком роботи високочастотного перетворювача. Такий фактор вимагає встановлення фільтра, що пригнічує перешкоди. На жаль, його робота не завжди ефективна, що накладає деякі обмеження застосування пристроїв даного типу у високоточній апаратурі.

Особливі вимоги до навантаження вона не повинна бути зниженою або підвищеною. Як тільки рівень струму перевищить верхній чи нижній поріг, характеристики напруги на виході почнуть суттєво відрізнятись від штатних. Як правило, виробники (останнім часом навіть китайські) передбачають такі ситуації та встановлюють у свої вироби відповідний захист.

Сфера використання

Практично вся сучасна електроніка запитується від блоків даного типу, як приклад можна навести:

Збираємо імпульсний БП своїми руками

Розглянемо схему простого джерела живлення, де застосовується вищеописаний принцип роботи.

Позначення:

• Резистори: R1 - 100 Ом, R2 - від 150 кОм до 300 кОм (підбирається), R3 - 1 кОм.
• Ємності: С1 і С2 - 0,01 мкФ х 630 В, С3 -22 мкФ х 450 В, С4 - 0,22 мкФ х 400 В, С5 - 6800 -15000 пФ (підбирається), 012 мкФ, С6 - 10 м 50 В, С7 - 220 мкФ х 25 В, С8 - 22 мкФ х 25 В.
• Діоди: VD1-4 – КД258В, VD5 та VD7 – КД510А, VD6 – КС156А, VD8-11 – КД258А.
• Транзистор VT1 - KT872A.
• Стабілізатор напруги D1 – мікросхема КР142 з індексом ЕН5 – ЕН8 (залежно від необхідної напруги на виході).
• Трансформатор Т1 – використовується феритовий осердя ш-подібної форми розмірами 5х5. Первинна обмотка намотується 600 витків дротом Ø 0,1 мм, вторинна (висновки 3-4) містить 44 витки Ø 0,25 мм, і остання – 5 витків Ø 0,1 мм.
• Запобіжник FU1 – 0.25А.

Налаштування зводиться до підбору номіналів R2 та С5, що забезпечують збудження генератора при вхідній напрузі 185-240 В.