Большой частью блок питания компьютера является автономным устройст­вом. Блоки питания оформляются в отдельных корпусах, которые крепятся к шасси и соединяются с материнской платой.

Имеются две разновидности блоков питания - обычные и импульсные. Ста­рые обычные блоки питания после включения без всякой проверки подают напря­жение в компьютер. Импульсный блок питания при включении проверяет наличие нагрузки, т.е. схем, на которое подается питание. Если нагрузка отсутствует или не­правильна, блок питания отключается. Блоки питания должны не только формиро­вать напряжения постоянного тока, но и стабилизировать их.

Как правила блоки питания для периферийных устройств (монитор, принтер и т.д.) строятся на основе однотактового обратноходового регулируемого стабилизи­рующего преобразователя. Это связано с тем, что для питания компьютера нужна большая мощность, а для питания периферийных устройств - значительно меньшая, что и явилось причиной выбора таких структур построения преобразователей.

На схеме 1 представлена базовая схема однотактового обратноходового авто­генераторного нерегулируемого преобразователя, включающая в себя: силовой транзистор Q1; трансформатор Т1 с первичной обмоткой W1, базовой обмоткой W2, выходной обмоткой W3; выпрямительный диод Д2; сглаживающий конденса­тор С1; базовый резистор R1; цепь запуска на резисторе R2; диод, защищающий эммитерный переход от недопустимых обратных напряжений.

Сердечник трансформатора выполняется из материала с узкой петлей гисте­резиса и с большим линейным участком зависимости индукции от напряженности.

Схема работает следующим образом.

Рис. 1

При подаче напряжения питания через резистор смещения R2 начинает про­текать начальный ток транзистора Q1. Это приводит к появлению коллекторного тока, протекающего по обмотке W1.

Благодаря электромагнитной связи (между обмотками W1 и W2) на обмотке W2 наводится ЭДС, приводящая к увеличению базового тока транзистора Q1 и его большему отпиранию. Таким образом, благодаря устройству обратной связи между W1 и W2 начинается лавинообразный процесс открывания Q1. продолжительность этого процесса - доли микросекунды. После полного открывания транзистора Q1 начинается этап накопления энергии в магнитном поле сердечника трансформатора Т1, при этом все напряжение питания практически приложено к обмотке W1, и процессы в этой обмотке происходят в соответствии с законом электромагнитной индукции.

Начинается практически линейное нарастание тока коллектора равного току первичной обмотки. В течение этого интервала энергия со вторичной обмотки W3 в нагрузку не передается благодаря отсекающему действию диода Л1, а поддержание напряжения на нагрузке обеспечивается энергией накопленной в конденсаторе С1. На протяжении этого процесса транзистор Q1 насыщен.

BxIE>IKj

где:   В - коэффициент передачи транзистора по току; 1Б - ток базы; 1К — ток коллектора.

В конце интервала накопления энергии это неравенство переходит в равенст­во, т.к. транзистор выходит в активную область и увеличение тока коллектора пре­кращается. Следовательно, прекращается изменение индукции в сердечнике. В со­ответствии с законом электромагнитной индукции это приводит к тому, что на всех обмотках, в том числе и на базовой, напряжение становится равным нулю и начина­ется процесс запирания Q1. Это, в свою очередь приводит к тому, что полярность напряжения во всех обмотках изменяет знак и начинается этап передачи накоплен­ной энергии в нагрузку. После того, как накопленная энергия полностью передается в нагрузку, напряжение на всех обмотках станет равным нулю, и далее все процес-

сы в схеме повторяются. Такой режим работы этой схемы является автогенератор­ным потому, что схема сама для себя выбирает моменты переключения. Основными недостатками данной схемы являются:

-   амплитуда тока коллектора зависит от его коэффициента усиления и может
превысить предельно допустимое значение и привести к выходу прибора из строя;

-   наличие индуктивного рассеивания обмоток реального трансформатора при­
водит к возникновению значительных перенапряжений на коллекторе Q1, которые
могут стать причиной выхода прибора из строя;

-   значительное недоиспользование сердечника трансформатора, который пе-
ремагничивается по частной петле гистерезиса;

-   возможность пробоя эммитерного перехода.

Первый недостаток можно устранить способами, гарантированно обеспечи­вающими отключение Q1 при заданном токе коллектора. Один из них представлен на схеме. Благодаря наличию транзистора Q2 и наличию резистивного датчика тока R3 величина максимального тока коллектора определяется из соотношения:

IK=U0/R3t

где: Uо - пороговое напряжение эммитерного перехода Q2.

Пути устранения второго недостатка достигается применением демпфирую­щих R, С, D цепей.

Принцип действия заключается в том, что энергия, накопленная в индуктив­ности рассеивания. Расходуется на заряд конденсатора С1 через диод Д1, тем са­мым снимая импульсное перенапряжение с транзистора Q1. Резистор R4 предна­значен для разряда конденсатора с целью его подготовки к следующему моменту отключения Q1.

Третий недостаток является принципиально присущим этому классу преобра­зователей и никакими средствами не может быть устранен.

Четвертый недостаток устраняется включением защитного диода параллельно эммиторному переходу Q1. Рассмотренный преобразователь является нерегулируе­мым и поэтому в таком виде без дополнительных цепей регулирования не может быть использован в стабилизирующих блоках питания, регулирование может быть

осуществлено следующими способами:

-   за счет регулирования времени паузы между предыдущим этапом передачи
энергии и последующим процессом накопления энергии;

-   за счет регулирования величины накопленной энергии, т.е. регулируется ве­
личина коллекторного тока Q1;

-   либо методом ТПИМ с постоянной частотой переключений.

Следует иметь ввиду, что при первых двух способах регулирования изменяет­ся частота работы преобразователя, а при последнем способе частота преобразова­теля неизменна, что в ряде случаев бывает необходимо.

Достоинствами данного класса преобразователей является:

- простота, и как следствие, относительно невысокая стоимость;

-   возможность достаточно простыми средствами осуществить в одном узле
преобразование энергии и ее регулирование;

-   отсутствие проблемы устранения сквозных токов, что присуще двухтактным
преобразователям;

-   отсутствует проблема симметричного перемагничивания сердечника транс­
форматора и легко решается проблема устранения насыщения сердечника.

Недостатками являются:

-   большие перенапряжения на Q1, что требует использования высоковольт­
ных транзисторов;

-   однотактный режим работы требует относительно мощных сглаживающих
фильтров из-за повышенных пульсаций выходного напряжения;

-   большая амплитуда тока в первичной цепи;

-   недоиспользование сердечника трансформатора.

Из вышесказанного следует, что Q1 должен быть рассчитан на высокое на­пряжение и иметь достаточно высокий ток коллектора, несмотря на небольшую ве­личину среднего потребляемого тока. Поэтому из-за необходимости большой уста­новленной мощности транзистора Q1 такие преобразователи нашли применение в блоках питания небольшой мощности до 30-60 т, т.е. в источниках вторичного электропитания периферийных устройств.

2.1  Блок питания видеомонитора EGA

а) входной фильтр

б) сетевой выпрямитель

в) фильтр выпрямленного напряжения

г) одноконтактный преобразователь

д) выходные выпрямители

е) выходные фильтры

ж) дополнительные сглаживающие фильтры

з) узел обратной связи

2.2  Схема электрическая принципиальная блока
питания видеомонитора EGA

На схеме электрической принципиальной изображена -схема БП видеомони­тора EGA, представляет собой импульсный стабилизатор на основе однотактного обратноходового регулируемого преобразователя и состоит из: входного фильтра, защищающего ИВЭП от помех, идущих из сети, и сеть от помех, идущих из источ­ника; сетевого выпрямителя; фильтра выпрямленного напряжения; однотактного преобразователя; выходных выпрямителей; выходных фильтров и узла обратной связи; дополнительных сглаживающих фильтров, находящихся на отдельной плате.

Cl, C2 - входной помехоподавляющий фильтр;

СЗ, L1, С4, С5, R1- служит для ограничения бросков тока через диоды вы­прямительного моста при заряде конденсаторов С9 и СЮ;

Dl - D4 - мостовой двухполупериодный выпрямитель сетевого напряжения;

С7, С8 - служат для уменьшения помех .при восстановлении обратного со­противления диодов.

Однотактный преобразователь выполнен на транзисторах Ql, Q2. При вклю­чении БП в сеть ток через R4 и R6 приоткрывает Q1, благодаря ПОС между обмот-

ками W4 и W2 транзистор полностью открывается и начинается процесс накопле­ния энергии в первичной обмотке трансформатора W1. Одновременно начинает за­ряжаться С14 и, когда напряжение на нем достигнет порядка 0,6В...0,8В, откроется транзистор Q2 выводя транзистор Q1 в активный режим, это приведет к тому, что начнет развиваться регенеративный процесс запирания Q1. Напряжение на всех об­мотках трансформатора Т1 поменяет знак и начнется процесс передачи энергии на вторичные обмотки Т1. Процесс заряда конденсатора С14 проходил, по цепи D10>R8>C14->W3->W2. Разряд конденсатора С14 для подготовки к следующему циклу проходит по контуру R10->W13->W3->C14.

Резистор R7 задает базовый ток Q1.

L3, D9 (D8, С12) - формируют специальную форму базового тока для умень­шения динамических потерь.

D12 - служит для защиты транзистора Q2 от работы его в инверсном режиме.

D6, D7, СИ, R5, С13 - предназначены для уменьшения импульсного перена­пряжения транзисторе Q1, обусловленного индуктивностью рассеивания первичной обметки трансформатора.

Вторичные цепи - все выпрямители однополупериодные. CI7, С20, С22 - вы-холные фильтры для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.

С16, С19, С21, С23 - предназначены для уменьшения высокочастотных им­пульсных помех, обуславливаемых восстановлением сопротивления выпрямитель­ных диодов при их запирании.

В этом блоке питания предусмотрена защита от превышения выходного на­пряжения ИВЭП (обусловленного, в частности, выходом из строя узла стабилиза­ции). Защита выполнена на тиристоре TS1, работает следующим образом. Если вы­ходное напряжение по каналу 2 превышает номинальный уровень, то пробивается стабилитрон D16, и по управляющему электроду открывается тиристор TS1. Когда тиристор откроется, то он своим низким выходным сопротивлением будет шунти­ровать все выходы ВИЛ, тем самым защищая нагрузку от недопустимого повыше­ния напряжении.

С18, R13 - предназначены для повышения помехозащищенности тиристора.

Недостатком данной схемы защиты является отсутствие визуальной индика­ции о ее срабатывании (пожалели светодиод).

Узел стабилизации выходных напряжений выполнен на Q3, С25, R21, R22, S29. R19, R8, R15,. IC-1. Опорное напряжение задается на D21.

R22 - предназначен для точной установки выходного напряжения.

С24 - служит для обеспечения устойчивости и помехозащищенности.

С25, R21 - для плавного выхода ИВЭП на режим.

R19 - ограничение тока в переходных режимах через светодиод на допусти­мом уровне.

Схема стабилизации работает следующим образом: при увеличении выходно­го напряжения выше номинального, по цепи R13, R15, Q3, D21 приоткрывается транзистор Q3; это приводит к увеличению его коллекторного тока, и. как следст­вие, к увеличению тока через светодиод оптопары IC-1, фототранзистор приоткры­вается, что приводит к более быстрому заряду конденсатора С14 и, как следствие, уменьшению времени открытого состояния Q1, и как следствие, к уменьшению энергии накопленной в магнитном поле сердечника силового трансформатора. Это в свою очередь приводит к уменьшению энергии, передаваемой на вторичные об­мотки, а следовательно и к уменьшению выходных напряжений до номинальных значений.

Узел размагничивания кинескопа объединяет элементы R2, R3 и Сб. Принцип действия основан на том, что через обмотку размагничивания поступает перемен­ный уменьшающийся по амплитуде ток. Уменьшение амплитуды тока обусловлено применением терморезисторов с положительным температурным коэффициентом сопротивления. Ток, проходя через сопротивление R3 начинает подогревать его, тем самым, увеличивая его сопротивление. Это приводит к уменьшению амплитуды переменного тока в обмотке размагничивания почти до нуля. R2 конструктивно расположен очень близко к резистору R3 для того, чтобы подогреть последний сво­им теплом и еще больше увеличить его сопротивление.

Достоинства этого БП: простота, мало элементов, не боится коротких замы­каний на выходах, «очень» легко регулируется. Не нужны LC-фильтры, достаточно

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5